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Semelparity is the ability of an organism to reproduce once and then die. In plants, this life history strategy is also named monocarpy. After a unique flowering event, the whole plant dies. This strategy inherently characterizes annual and biennial herbaceous, and frequently occurs in bamboo and palms, but remains extremely rare in woody branched plants such as shrubs and trees. Branched plants are long-lived organisms and present multiple meristems (growing points) that are as many opportunities to flower at different times. Therefore, the persistence of the monocarpic strategy in such plants is questionable since a premature death of the individual in the decades before the flowering will prevent any descendants. About twenty-nine monocarpic canopy tree species are recorded worldwide all included in two tropical and subtropical genera: Tachigali (Fabaceae) and Cerberiopsis (Apocynaceae). This latter is endemic to New Caledonia and consists of three species with different habits. While C. neriifolia and C. obtusifolia are respectively a polycarpic (multi-flowering) treelet and shrub, C. candelabra is a large monocarpic rainforest tree. In this thesis, we investigate the morpho-anatomical bases of monocarpy, its underlying ecological implications, and functional adaptations. (1) Through a comparative analysis, we highlight that the variation of only a few architectural traits has led to the emergence of this strategy within the genus Cerberiopsis, and flowering in C. candelabra is independent of tree age, size, or senescence. (2) Based on growth monitoring, we show that C. candelabra exhibits high survival and growth rates at the juvenile stage, and forms monodominant regenerations. These two studies pave the way to (3) an integrative retrospective analysis: we reconstruct the developmental trajectories of the Cerberiopsis species and demonstrate that their growth phenology is sensitive to climate seasonality. C. candelabra exhibits strong structural and temporal regularities, as well as a high degree of synchronization between all developmental processes. These particularities might have been preconditions for the evolution of its monocarpic strategy. Finally, my work introduces (4) a new type of annual growth ring that results from the production of circular tension wood, a potential adaptive feature related to the cyclonic season of New Caledonia. The processes underlying monocarpic flowering and its triggers are discussed throughout the different chapters of this thesis. We suggest that flowering depends on endogenous preconditions and is triggered in C. candelabra by large-scale disturbances such as fires and tropical cyclones.; La sémelparité définit un organisme qui se reproduit une unique fois avant de mourir. Cette histoire de vie est également nommée monocarpie chez les végétaux. La plante meurt après un unique épisode de floraison. Cette stratégie est inhérente chez les herbacées annuelles et bisannuelles, et se rencontre fréquemment chez les bambous et les palmiers. Elle reste toutefois extrêmement rare chez les plantes ligneuses ramifiées comme les buissons et les arbres. Les plantes ramifiées sont des organismes à longue durée de vie et présentent de multiples méristèmes (points de croissance) qui sont autant d'opportunités de fleurir à différents moments. La persistance de la stratégie monocarpique chez ces plantes est ainsi questionnable car une mort prématurée de l'individu dans les décennies précédant la floraison effacera toute descendance. Environ vingt-neuf espèces d'arbres de canopée monocarpiques sont connues à l'échelle mondiale appartenant à deux genres tropicaux et subtropicaux : Tachigali (Fabaceae) et Cerberiopsis (Apocynaceae). Ce dernier est endémique de Nouvelle-Calédonie et comprends trois espèces aux biologies différentes. Tandis que C. neriifolia et C. obtusifolia sont respectivement un arbuste et un buisson polycarpique (à floraison multiple), C. candelabra est un arbre monocarpique. Dans cette thèse, nous explorons les fondements morpho-anatomiques de la monocarpie, ses implications écologiques et ses adaptations fonctionnelles sous-jacentes. (1) Nous mettons en évidence à travers une analyse comparative que la variation de seulement quelques traits architecturaux a conduit à l'émergence de cette stratégie au sein du genre Cerberiopsis, et que la floraison chez C. candelabra est indépendante de l'âge, de la taille ou de la sénescence de l'arbre. (2) Nous montrons sur la base d'un suivi de croissance que C. candelabra présente des taux de survie et de croissance élevés au stade juvénile, et forme des régénérations mono-dominantes. Ces deux études ouvrent la voie à (3) une analyse rétrospective intégrative : nous reconstruisons les trajectoires de développement des espèces du genre et démontrons que leur phénologie de croissance est sensible à la saisonnalité du climat. C. candelabra présente de fortes régularités structurelles et temporelles, ainsi qu'un haut degré de synchronisation entre l'ensemble des processus de développement. Ces particularités sont proposées être des conditions préalables à l'évolution de sa stratégie monocarpique. Enfin, mon travail introduit (4) un nouveau type de cerne de croissance annuel qui résulte de la production de bois de tension circulaire, un potentiel trait adaptatif à la saison cyclonique de Nouvelle-Calédonie. Les processus sous-jacents à la floraison monocarpique et ses déclencheurs sont discutés tout au long des différents chapitres. Nous suggérons que la floraison dépend de conditions préalables endogènes et est déclenchée chez C. candelabra par des perturbations à large échelle telles que les incendies et les cyclones tropicaux.

Weed management is a major issue in straw cereals in order to transition the French agriculture towards agroecology. The choice of varieties with a high ability to utcompete weeds has been the subject of little investment and produced few convincing results, especially due to methodological difficulties. Based on an exhaustive review of the literature, our study (1) specifies the main characters of interest (synonym of traits in functional ecology) associated with the competitive capacity of varieties and the existing correlations between them, (2) identifies the main limits to the evaluation of these characters, and (3) suggests some ways to improve the breeding scheme, taking into account the notion of ideotypes including these characters., La gestion des adventices constitue une problématique majeure en céréales à paille afin de mener la transition agroécologique de l’agriculture française. Le choix de variétés ayant une capacité de compétition élevée vis-à-vis des adventices a fait l’objet de peu d’investissements et généré peu de résultats probants, notamment du fait de difficultés méthodologiques. Sur la base d’une revue exhaustive de la littérature, notre étude (1) précise les principaux caractères d’intérêt (synonyme de traits en écologie fonctionnelle) associés à la capacité de compétition des variétés et les corrélations existantes entre eux, (2) identifie les principales limites à l'évaluation de ces caractères, et (3) propose quelques pistes d'amélioration du schéma de sélection, en tenant compte de lanotion d'idéotypes incluant ces caractères.

Coastal ecosystems are facing changing environments whether of natural or anthropogenic origin. Phytoplankton, at the base of marine food webs, is central to ecosystems functioning. The objectives of this thesis, as part of the S3-EUROHAB project, aim at assessing the spatio-temporal variability of phytoplankton communities within various systems of the Eastern Channel, particularly the Bay of Seine. To meet these objectives, approaches ranging from physiology to community, and from taxonomic units to functional characteristics have been explored. If the community approach indicates a low level of inter-annual deviation within phytoplankton assemblages, it also reveals spatial differentiation where each community is under strong influence of local environmental factors. These patterns of spatial variability are being found through the functional approach as well. In addition, the trait-environment relationship makes it possible to study the adequacy between functional strategies and environmental distribution (ecological niche). The results show that, despite the high diversity of organisms studied and the choice of traits, taxa sharing functional similarities also share similar ecological niches. In addition to a community functional approach, an experimental approach has been developed to assess the plasticity of phytoplankton, particularly of intracellular content. The latter thus reveals spatial and temporal adaptations of phytoplankton lipid and chlorophyll-a cell contents, in order to meet light requirements and maintain proper cell functioning regarding environmental conditions. Finally, the relationship between environmental factors and the dynamics of two toxic taxa Dinophysis spp. and Pseudo-nitzschia spp. has been studied. Firstly, it highlights the common affinity of Dinophysis spp. with the increase in temperature and the stratification it induces within two different environments; British and French. Secondly, the circumstances of the blooms of Pseudo-nitzschia spp. suggest the existence of constraining biotic pressures, which could have caused toxicity outbreaks between 2011 and 2014., Les écosystèmes côtiers font face à un environnement changeant qu’il soit d’origine naturelle ou anthropique. Le phytoplancton, à la base des réseaux trophiques marins, se situe au coeur du fonctionnement des écosystèmes. Les objectifs de cette thèse s’intègrent dans le cadre du projet S3-EUROHAB, et visent à évaluer la variabilité spatio-temporelle des communautés phytoplanctoniques au sein de divers systèmes de Manche Est, notamment en Baie de Seine. Pour répondre à ces objectifs, des approches allant de la physiologie à la communauté, et des unités taxonomiques aux caractéristiques fonctionnelles ont été explorées. Si l’approche communautaire permet de rendre compte du faible niveau de déviation inter-annuel au sein des assemblages phytoplanctoniques, elle révèle également des différenciations spatiales où chaque communauté est sous forte influence des facteurs environnementaux locaux. Ces patrons de variabilité spatiale sont également retrouvés au travers de l’approche fonctionnelle. Par ailleurs, la relation traits-environnement permet d’étudier l’adéquation entre stratégies fonctionnelles et distribution environnementale (niche écologique). Les résultats montrent que, malgré la forte diversité des organismes étudiés et le choix de traits, des taxons partageant des similarités fonctionnelles partagent également des niches écologiques similaires. En complément d’une approche fonctionnelle communautaire, une approche expérimentale a été développée afin d’évaluer la plasticité du phytoplancton, notamment de contenus intracellulaires. Cette dernière révèle ainsi des adaptations spatiales et temporelles des teneurs en lipides et en chlorophylle-a des organismes phytoplanctoniques, en réponse aux besoins en lumière et pour le maintien du bon fonctionnement de la cellule selon les gradients environnementaux. Enfin, la relation entre les facteurs environnementaux et la dynamique de deux taxons toxiques Dinophysis spp. et Pseudo-nitzschia spp. a été étudiée. Dans un premier temps, cela met en évidence entre autre l’affinité de Dinophysis spp. avec l’augmentation de température et la stratification qu’elle induit au sein de deux environnements contrastés ; britannique et français. Dans un second temps, les circonstances des efflorescences de Pseudo-nitzschia spp. suggèrent l’existence de pressions biotiques contraignantes et possiblement causes des épisodes de toxicités observées de 2011 à 2014.

La pollinisation entomophile tient une place centrale parmi les différents services écosystémiques contribuant à la production agricole, et en Europe les abeilles sauvages en sont des actrices majeures. Dans les paysages agricoles, ces espèces mobiles dépendent de ressources fournies par les cultures et par les habitats semi-naturels (HSN) herbacés (prairies) ou arborés (bois, lisières, haies). L’objectif de cette thèse est de comprendre dans quelles mesures les HSN arborés fournissent des ressources florales complémentaires à celles des HSN herbacés et soutiennent une diversité d’abeilles dans les paysages agricoles. Notre étude se base principalement sur plusieurs jeux de données récoltées entre 2013 et 2019 dans le site d’étude à long-terme des Vallées et Coteaux de Gascogne. Les résultats obtenus confirment l’importance de la présence d’HSN arborés dans les paysages agricoles pour soutenir une diversité d’abeilles sauvages. Nous mettons en évidence que, localement, les HSN arborés abritent des communautés d’abeilles riches, dont des espèces qui ne sont pas présentes dans les autres HSN. Ils fournissent des pollens préférentiellement consommés par les abeilles sauvages et permettent ainsi des interactions plantes-abeilles complémentaires à celles favorisées par les prairies. Nous montrons que les HSN arborés fournissent des ressources florales de manière stable dans le temps, et notamment à des périodes où les autres HSN et cultures ne fournissent pas de ressources florales, favorisant ainsi la présence d’espèces d’abeilles ayant une longue période de recherche de nourriture. Enfin, nous montrons que la présence d’HSN arborés dans le paysage a un effet positif sur la diversité et l’abondance d’abeilles en bordure de cultures. Nous mettons par ailleurs en lumière le rôle positif que jouent les prairies pour fournir des ressources florales aux abeilles sauvages et contrebalancer l’effet négatif de l’intensité des pratiques agricoles dans les cultures de céréales d’hiver. Cette thèse met ainsi en évidence la complémentarité entre les prairies et les HSN arborés, et montre que le maintien d'une quantité mais également d'une diversité d’HSN dans les paysages agricoles est nécessaire à la conservation d’une diversité d’abeilles sauvages dans les agroécosystèmes.

La télédétection des végétaux, technique qui se base sur les signatures spectrales des plantes, s’avère être un outil formidable pour réaliser des inventaires de biodiversité végétale : il est maintenant possible d’identifier les plantes, de cartographier les traits fonctionnels des végétaux ou d'étudier l’impact des activités humaines à grande échelle. Cependant, il faut approfondir les connaissances sur les patrons de variation spectrale causés par les facteurs environnementaux et la phénologie. En effet, la variation spatiale et temporelle des spectres foliaires est source d’incertitude et d’erreurs lors de l’application des modèles utilisés en télédétection des végétaux. Dans le cadre de mon projet de recherche, j’évalue l’effet de l’environnement et de la phénologie sur les propriétés spectrales de neuf espèces d'arbres décidus de l’est de l'Amérique du Nord. J’ai mesuré les signatures spectrales foliaires de ces arbres dans des sites contrastés entre le 6 juin et le 8 octobre 2018 à l’aide d’un spectroradiomètre de terrain et d’une sphère d’intégration. J’ai également mesuré seize traits fonctionnels structuraux et chimiques des plantes échantillonnées. Les résultats de mon projet démontrent que les conditions environnementales n’ont pas toujours d’effet significatif sur la variation spectrale intraspécifique; lorsque c’est le cas, les sites d’échantillonnage expliquent entre 18 et 62 % de la variation intraspécifique. La phénologie quant à elle a toujours un effet significatif sur les spectres foliaires et explique entre 30 et 51 % de la variation spectrale intraspécifique. Toutes les régions spectrales sont affectées par la variation environnementale et phénologique et tous les traits structuraux et chimiques foliaires mesurés sont liés à la variation spectrale. Bien que les conditions environnementales et la phénologie affectent les spectres foliaires, cela n’empêche pas de différencier les espèces, même celles étroitement liées phylogénétiquement, à travers les sites d’étude et le temps (précision d’identification > 92 %). Il n’est pas toujours possible d’inférer les sites ou le moment d’échantillonnage de la plante échantillonnée à l’aide de sa signature spectrale; néanmoins, la variation environnementale et phénologique des spectres foliaires est suffisante pour empêcher la transférabilité de certains modèles de classification d’espèces à des contextes dissemblables de ceux qui ont servi à les construire. En effet, un modèle n’est applicable qu’à des données spectrales de variance moindre ou similaire aux données à partir desquelles le modèle a été construit. Ainsi, mon projet précise les limites d’application des modèles utilisés en télédétection des végétaux pour les milieux tempérés et forestiers peu diversifiés. Mes résultats indiquent que la variation interspécifique est supérieure à la variation intraspécifique et qu’il est donc possible de différencier les espèces malgré l’effet de l’environnement et de la phénologie sur les spectres foliaires d’arbres des forêts tempérées, démontrant le potentiel de la télédétection des végétaux pour la réalisation d’inventaires de biodiversité végétale à grande échelle., Remote sensing of plants emerges as a formidable tool to realize biodiversity assessments : it is now possible to identify plants, map their functional traits, and monitor human activities' impacts on the vegetation at large scales and almost continuously. However, we must develop knowledge about the spectral variation patterns caused by the environment and phenology to take full advantage of remote sensing products. Indeed, the environmental and phenological variation of foliar spectra leads to uncertainty and error in remote sensing models and applications. In my project, I assess the effects of the environment and phenology on the spectral properties of nine broadleaf tree species from temperate forests of North America. I measured these species' leaf spectra across contrasting sites between the 6th of June to the 8th of October 2018 using a field spectroradiometer and an integrating sphere. I also measured sixteen structural and chemical leaf functional traits on the sampled plants. My results show that the environmental conditions do not always significantly affect the intraspecific spectral variation; when it does, the sampling sites explain between 18 and 58 % of this variation. As for phenology, it always has a significant impact on leaf spectra and explains between 30 and 51 % of the intraspecific spectral variation. Every spectral region is affected by environmental and phenological variation, and all structural and chemical traits measured are linked to the spectral variation. Although the environmental conditions and phenology affect leaf spectra, it does not hinder our ability to differentiate tree species, even those closely related, across sites and time (identification accuracy > 92 %). Besides, it is not always possible to infer a plant's sampling site or date from its spectra. Nevertheless, foliar spectra's environmental and phenological variation is sufficient to limit classification models' transferability. My results show that a model applies only to spectral data of lesser or comparable variance to the data used to train the model. Therefore, my project helps define the application limits of models used in plant remote sensing in temperate and low diversity forest systems. It also demonstrates that interspecific spectral variation is greater than intraspecific spectral variation, and thus we can discriminate species despite the effects of the environment and phenology on the leaf spectra of temperate forest trees, validating the potential of vegetation remote sensing to conduct biodiversity assessments at spatial and temporal scales previously unattainable.

La pr��sente communication r��sume les r��sultats de travaux r��cents cherchant �� ��lucider les m��canismes ��cologiques responsables de la couverture v��g��tale particuli��re des hautes termiti��res du Katanga (RD Congo). L���analyse statistique de donn��es d���inventaire r��v��le que la majorit�� des esp��ces de la for��t katangaise ont une niche ��troite, ��tant soit strictement ��termitophiles�� (T), soit strictement ��termitofuges�� (NT). Ces deux groupes affichent des traits fonctionnels diff��rents, les esp��ces T ayant des valeurs de traits davantage orient��es vers un syndrome d���utilisation rapide des ressources. Une exp��rience in situ de transplantation r��ciproque de plantules montre que les esp��ces T transplant��es en dehors des termiti��res subissent une mortalit�� tr��s importante en saison s��che, sugg��rant que les termiti��res constituent un habitat refuge pour des esp��ces sensibles �� la s��cheresse. Des exp��riences de culture ex situ (en sachets) ne montrent pas d���effet du substrat, confirmant que les facteurs chimiques ne jouent pas le r��le principal dans la sp��cialisation ��daphique des esp��ces T et NT. The Peculiar Flora of High Termite Mounds in Katanga (DR Congo): Review of New Insights from Experimental Approaches. ��� This paper is a summary of the results of recent experiments to understand the ecological mechanisms accounting for the sharp vegetation contrast between termite mounds and the surrounding woodland in Upper Katanga (DR Congo). Statistical analysis of census data reveals that most woody species have a narrow niche, being restricted either to termite mounds (���termitophilous��� species ��� T) or to the surrounding matrix (���termitofuge��� species ��� NT). T and NT species show contrasting values of functional traits, T species being shifted towards a syndrome of fast resource capture and use. A reciprocal transplant experiment of seedlings in situ shows that T species transplanted outside termite mounds suffer from considerable mortality in the dry season, suggesting that termite mounds act as a refuge habitat for drought susceptible species. Ex situ cultivation experiments (in bags) do not indicate any effect of the substrate, which is consistent with the hypothesis that chemical factors do not play a key role in the edaphic specialization of T species., Communication pr��sent��e �� la s��ance de la Classe des Sciences naturelles et m��dicales tenue le 26 f��vrier 2019. Texte re��u le 28 janvier 2020, soumis �� peer-review. Version d��finitive, approuv��e par les reviewers, re��ue le 3 juillet 2020.

Anthropogenic climate change is predicted to increase the frequency and intensity of extreme climatic events such as severe droughts. The hydrology of freshwater ecosystems is expected to be affected by altered precipitation patterns, with important consequences for the temporal stability of biological communities and the ecosystem processes they support. Resilience, the capacity of an ecosystem to maintain its state and to recover from disturbances, is a major component of temporal stability. Resilience to drought is inherent to ecosystems that are periodically subject to hydrological resetting (e.g., Mediterranean systems). Under the Neotropics, the impacts of severe drought events on ecosystem functions are far less well understood, as are the biological and ecological mechanisms which underlie resilience after the disturbance has passed. The biodiversity of neotropical ecosystems is among the highest in the world, but it should paradoxically be most affected by major global changes. Yet, only a few studies have examined how drought can affect the multiple functions of neotropical freshwater ecosystems, and these studies focused on the immediate outcome of drought (“before-after” comparisons), ignoring the recovery trajectories. In this thesis, I explored the resilience of neotropical freshwater communities and ecosystem processes following drought disturbances, in relation to community taxonomic and functional structure and environmental conditions. I showed that resilience can be modulated locally by the harshness of the current drought (Chapter 1), and to a lesser extent by the harshness of the historical drought regime (Chapter 3). At a larger regional scale, I discovered that the subsidy of allochthonous organic matter from the terrestrial matrix (Chapter 2) and of migrants from the metacommunity (Chapter 1 and 2) can also foster local resilience to drought; On prévoit que le changement climatique anthropique augmentera la fréquence et l'intensité des événements climatiques extrêmes tels que les sécheresses sévères. L'hydrologie des écosystèmes d'eau douce devrait être affectée par la modification des régimes de précipitations, avec des conséquences importantes pour la stabilité temporelle des communautés biologiques et des processus écosystémiques qu'elles soutiennent. La résilience, c'est-à-dire la capacité d'un écosystème à maintenir son état et à se remettre des perturbations, est une composante majeure de la stabilité temporelle. La résilience à la sécheresse est inhérente aux écosystèmes qui sont périodiquement soumis à un réajustement hydrologique (par exemple, les systèmes méditerranéens). Dans les Néotropiques, les impacts des épisodes de sécheresse sévère sur les fonctions des écosystèmes sont beaucoup moins bien compris, tout comme les mécanismes biologiques et écologiques qui sous-tendent la résilience une fois la perturbation passée. La biodiversité des écosystèmes néotropicaux est parmi les plus élevées au monde, mais elle devrait paradoxalement être la plus touchée par les grands changements mondiaux. Pourtant, seules quelques études ont examiné comment la sécheresse peut affecter les multiples fonctions des écosystèmes d'eau douce néotropicaux, et ces études se sont concentrées sur le résultat immédiat de la sécheresse (comparaisons " avant-après "), ignorant les trajectoires de récupération. Dans cette thèse, j'ai exploré la résilience des communautés d'eau douce néotropicales et des processus écosystémiques après des perturbations dues à la sécheresse, en relation avec la structure taxonomique et fonctionnelle des communautés et les conditions environnementales. J'ai montré que la résilience peut être modulée localement par la sévérité de la sécheresse actuelle (Chapitre 1), et dans une moindre mesure par la sévérité du régime de sécheresse historique (Chapitre 3). À une plus grande échelle régionale, j'ai découvert que la subvention de la matière organique allochtone de la matrice terrestre (chapitre 2) et des migrants de la métacommunauté (chapitres 1 et 2) peut également favoriser la résilience locale à la sécheresse.

Landscape structure, through the amount of semi-natural habitat and matrix heterogeneity, is one of the main drivers of biodiversity, particularly in agricultural landscapes. This diversity, especially plant diversity, conditions the functioning of the current and future ecosystems. The overall objective of this thesis was to determine the effect of landscape structure on the functional diversity of plant communities and associated ecological functions. Conducted within the Couesnon watershed (France), this study focused on two types of semi-natural habitats: permanent grasslands and hedgerows. We demonstrated that landscape components determine the functional diversity of plants at the gamma scale. These changes are driven by changes in assemblage composition leading to the selection of particular trait syndromes. We also showed that the effect of the landscape on the functional diversity of grasslands could in turn influence grassland ecosystem functions such as the level of productivity and the spatial variability of this productivity. Mediated or not by the effect on plant assemblages, the landscape thus plays a role on the productivity of grasslands. Finally, we showed that these effects of landscape structure on biodiversity and productivity could vary in the future under different scenarios of land-use decisions. This work suggests that these decisions will have to be oriented towards the preservation of hedgerows and the maintenance of the spatial complexity of the landscape matrix, in order to effectively conserve biodiversity and the associated ecological functions., La structure du paysage, de par la quantité d’habitat semi-naturels et par l’hétérogénéité de la matrice qu’elle présente, est l'un des principaux facteurs influençant la biodiversité, en particulier dans les paysages agricoles. Cette diversité, notamment la diversité végétale, conditionne le fonctionnement des écosystèmes actuels et futurs. L’objectif général de cette thèse était de déterminer l’effet de la structure du paysage sur la diversité fonctionnelle des communautés de plantes et les fonctions écologiques associées. Menée au sein du bassin versant du Couesnon, cette étude se concentre sur deux types de végétation semi-naturelle : les prairies permanentes et les haies. Nous avons démontré que les composantes du paysage déterminent la diversité fonctionnelle des plantes à l’échelle gamma. Ces modifications sont issues de changements dans la composition des assemblages conduisant à la sélection de syndromes particuliers de traits. Nous avons également montré que l’effet du paysage sur la diversité fonctionnelle de prairies pouvait en retour influencer des fonctions de l’écosystème prairial comme le niveau de productivité et la variabilité spatiale de cette productivité. Par l’intermédiaire ou non de son effet sur les assemblages de plantes, le paysage joue donc un rôle sur la productivité des prairies. Finalement, nous avons montré que ces effets de la structure du paysage sur la biodiversité et la productivité pourraient varier dans le futur suivant différents scénarios concernant des décisions prises pour l’aménagement du territoire. Ces travaux suggèrent que ces prises de décisions devront s’orienter vers une préservation des linéaires de haies et un maintien de la complexité spatiale de la matrice paysagère afin de conserver efficacement la biodiversité et les fonctions écologiques associées.

My PhD thesis aims to better understand the links between the environment, plant and soil community diversity, and the functioning of mountain ecosystems.In the first chapter, we quantify the relative importance of environmental and compositional changes in plant and soil communities on ecosystem functions. We show the influence of some key groups (e.g. saprophytic fungi) on ecosystem productivity and multifunctionality, and the indirect role played by other trophic groups that interact with saprophytic fungi. However, this chapter also suggests that the diversity and the activity of decomposer groups (bacteria and fungi) could be regulated via their interaction with the microbe-feeding trophic groups. In a second chapter, we thus integrate the soil food web into the modelling of organic matter decomposition using a structural equation model. The explicit consideration of a hierarchical structure between the environment and the soil food web on the targeted function should now pave the way for better and more robust spatial predictions of ecosystem functions. However, this hierarchical, top-down view is difficult to apply when there are feedbacks between ecosystem functions and trophic groups. Thus, in a third chapter, we identify which aspects of the microbial community (its traits or its function) best predict plant distributions. This chapter reveals that the effect of microbial decomposition activity is a good predictor of plant distributions, which is not the case for microbial traits related to resource acquisition. In a final chapter, we therefore explore the biogeographical associations between traits and functions of decomposer organisms and traits and functions of plants without any prior hierarchical structure. We thus confirm the importance of litter quality in linking the below- and aboveground compartments on a large scale.This thesis at the interface between functional biogeography, network ecology and community ecology has allowed us to better understand the close and multi-directional links between the different compartments of the plant-soil system and its functioning.; Mes travaux de thèse visent à mieux comprendre les liens entre l'environnement, la diversité des communautés de plantes et du sol, et le fonctionnement des écosystèmes de montagne.Dans un premier chapitre, nous quantifions l’importance relative des changements environnementaux et de composition de la communauté de plantes et du sol sur des fonctions écosystémiques. Nous montrons l’influence de certains groupes clés (ex. les champignons saprophytes) sur la productivité et la multifonctionnalité de l’écosystème, et le rôle indirect joué par d’autres groupes trophiques qui interagissent avec les champignons saprophytes. Ce chapitre suggère toutefois l’existence d’une régulation de la diversité et de l’activité des groupes de décomposeurs (bactéries et champignons), via leur interaction avec les groupes trophiques qui les consomment. Dans un second chapitre, nous intégrons donc le réseau trophique du sol dans la modélisation de la décomposition de la matière organique à l’aide d‘un modèle d’équations structurelles. La prise en compte hiérarchique de l’effet de l'environnement et du réseau trophique sur une fonction donnée ouvre ainsi la voie à des prédictions spatiales du fonctionnement des écosystèmes. Cependant, cette vision hiérarchique, top-down, est difficile à appliquer quand il existe des rétroactions entre les fonctions écosystémiques et les groupes trophiques. Ainsi, dans un troisième chapitre, nous identifions quels aspects de la communauté microbienne (ses traits ou sa fonction), permettent le mieux de prédire les distributions des plantes. Ce chapitre, qui révèle que l’effet de l’activité de décomposition microbienne est un bon prédicteur des distributions des plantes, ce qui n’est pas le cas des traits microbiens liés à l’acquisition des ressources, nous conduit dans un quatrième et dernier chapitre à explorer les associations biogéographiques entre traits et fonction des organismes décomposeurs, et traits et fonction des plantes sans a priori hiérarchique. Nous confirmons ainsi l’importance de la qualité de la litière pour faire le lien entre les compartiments sous et sur le sol à large échelle.Cette thèse à l’interface entre la biogéographie fonctionnelle, l’écologie des réseaux et l’écologie des communautés a permis de mieux appréhender les liens étroits et multi-directionnels entre les différents compartiments du système plantes-sol et de son fonctionnement.

In a changing world soil biodiversity is threatened. Yet the ecological functioning of soils depends on its biodiversity. The study of functional traits allows us to establish the mechanistic link between an organism an ecosystem function. This PhD thesis focuses on the current use of traits in Collembola to answer climate change related questions. It particularly addresses the variability of traits in their use in existing databases. It also examines the emergence of new traits of interest allowing an organism to respond to climatic variations of the environment. We then suggest an approach in three steps. Firstly, about (i) quantifying the intraspecific trait variability of the body length of Collembola, a widely used trait, between populations from different biogeographical areas in Europe, and (ii) to study the implications of this variability in the evaluation of the community response. Secondly, we propose a new trait of interest likely to respond specifically to climate change: the ecomorphosis strategy of European species of Collembola, that enable an extended climatic niche to the animal by the switch of a set of traits from their normal form to their ecomorphic form. We thus test its potential to respond to different climatic gradients at the alpha, beta and gamma scales. Thirdly, the acquired knowledge on the body size and the ecomorphic traits are applied in a case study: functional responses of collembolan communities to an experimental climatic manipulation on the field, with a short, mid and long-term monitoring. Our main PhD thesis results show that: (i) body length is a robust trait with a stable species hierarchy; populations tend to follow a climatic pattern that make them bigger in Northern Europe compared to the rest of the continent; it is recommended to take this intraspecific variability between populations into account, otherwise the mean responses of communities could be miscalculated; (ii) in the mountains, the presence of ecomorphosis is higher in communities located at higher altitude than those at lower altitude, reflecting the temperature stress at higher thermic amplitudes; (iii) moderate climatic modifications do not have any significant effect on the temporal functional trajectory of collembolan communities. The results of this last case study do not necessarily force us to re-evaluate our previous methodological and ontological propositions but we consider pursuing these considerations in other contexts. Finally, we discuss the spatial, temporal and taxonomic limits of collembolan communities responding to climatic gradients and suggest new directions for future works., Dans un monde qui change, la biodiversité des sols est menacée. Or le fonctionnement écologique des sols dépend de leur biodiversité. L’étude des traits fonctionnels permet de relier les organismes au fonctionnement de leur écosystème par une approche mécaniste. Cette thèse porte sur l'utilisation actuelle des traits chez les collemboles pour répondre aux questions relatives aux changements climatiques. Elle interroge particulièrement la variabilité des traits dans l'utilisation qui en est faite aujourd'hui à travers les bases de données existantes. Elle questionne aussi l'émergence de nouveaux traits d'intérêt permettant de répondre aux variations climatiques du milieu. Nous avons alors proposé une démarche en trois temps. Premièrement, il s’agit de (i) quantifier la variabilité intraspécifique de la longueur du corps des collemboles, un trait fréquemment utilisé, entre des populations issues d’aires biogéographiques différentes en Europe, et (ii) d’étudier les implications de cette variabilité dans l’évaluation des réponses communautaires. Deuxièmement, nous proposons un nouveau trait d’intérêt susceptible de répondre spécifiquement aux modifications climatiques du milieu : la stratégie d’écomorphose chez les collemboles d’Europe, qui confère à l’animal une niche climatique étendue par le basculement d’une série de traits de leur forme normale à leur forme écomorphique. Nous testons alors son potentiel à répondre à différents gradients climatiques à des échelles alpha, beta et gamma. Troisièmement, les savoirs acquis sur ces deux traits sont confrontés à un cas d’étude : les réponses fonctionnelles des communautés de collemboles à une manipulation climatique expérimentale sur le terrain, avec un suivi à court, moyen et long terme. Les résultats principaux montrent que : (i) la longueur du corps est un trait robuste avec une hiérarchie stable des espèces ; les populations semblent suivre un patron climatique les conduisant à être plus grandes dans le nord de l’Europe que sur le reste du continent ; la prise en compte de cette variabilité intraspécifique au niveau des populations est recommandée, sous peine de mésestimer les réponses moyennes des communautés ; (ii) en montagne, la présence d’écomorphoses dans les communautés est plus importante pour les altitudes élevées que pour les altitudes basses, reflétant des amplitudes thermiques stressantes ; (iii) des modifications climatiques modérées n’ont pas d’effet significatif sur la trajectoire temporelle fonctionnelle des communautés de collemboles. Les résultats de ce dernier cas d’étude ne remettent pas en question nos propositions méthodologiques et ontologiques effectuées précédemment et nous envisageons de poursuivre ces réflexions dans d’autres contextes. Nous discutons enfin des limites spatiales, temporelles, taxonomiques des communautés de collemboles répondant à des gradients climatiques et proposons d’autres pistes de travaux futurs.

International audience; The olive tree (Olea europaea L. subsp. europaea var. europaea) is currently one of the most widely cultivated temperate fruit trees in the world. It is characterised by a large genetic diversity, as well as a large variation in phenotypic traits. Across the Mediterranean Basin, the nuclear genetic diversity of olive is organized into three main groups: ‘West’, ‘Central’, ‘East’, with an additional group (‘Mosaic’ or ‘admixed’) corresponding to varieties resulting from the hybridization of varieties belonging to at least two of these three groups. The first aim of the present study is to test whether the phenotypic traits of the cultivated varieties differ among these four genetic groups. To do so, nine leaf traits and five pit traits were measured on 35 varieties belonging to these four groups. The second aim of this study is to use this combination of traits to assess whether some trait covariations previously observed across and/or within species hold within olive, a sclerophyllous species characteristic of the Mediterranean Basin. We found that: (1) Trait values span a wide range of variation across varieties, from approximately 7-fold for pit volume, the most variable trait, to 1.3 fold for leaf dry matter content, the least variable one; (2) For most traits, there was no significant difference among the four genetic groups recognized across the Mediterranean Basin; (3) Leaf size was positively related to leaf mass per area, a trait describing the morpho-anatomy of the leaf; this is the consequence of leaf mass increasing more rapidly than leaf area, and agrees with the hypothesis that bigger leaves require to be stiffer to compensate for mechanical damage and gravity; (4) The two underlying components of leaf mass per area, leaf thickness and density, contributed equally to its determination; (5) Leaf and pit sizes were positively related. A structural equation modelling approach allowed us to show that this relationship was mediated through leaf mass per area, which is interpreted in the context of the recently proposed “Seed-Phytometer-Leaf” model.Perspectives to this work include: (a) further testing of the lack of phenotypic differences among genetic groups by increasing the number of varieties studied; (b) collecting data on fruits and twigs to test the underlying allometric model linking pit and leaf size, and (c) assessing how several leaf traits determined in this study - leaf area, leaf width, leaf mass per area - relate to gas exchange and plant water economy, so as to better understand how the different olive varieties cope with the contrasting climatic conditions from which they originate. This work would strengthen the functional bases for the selection of olive varieties.; L’olivier (Olea europaea L. subsp. europaea var. europaea) est l’un des arbres fruitiers tempérés les plus largement cultivés dans le monde. Il se caractérise par une forte diversité génétique, et présente une importante variation pour de nombreux traits phénotypiques. Autour du Bassin Méditerranéen, la diversité génétique de l’olivier s’organise en trois groupes principaux : ‘Ouest’, ‘Central’ et ‘Est’, auquel s’ajoute un groupe (‘Mosaïque’ ou ‘admixé’) qui correspond à des variétés issues de l’hybridation de variétés appartenant à au moins deux des groupes précédents. Le premier objectif de la présente étude est de tester si les traits phénotypiques des variétés cultivées diffèrent entre ces quatre groupes génétiques. Ceci a été réalisé en quantifiant neuf traits des feuilles et cinq traits des noyaux pour 35 variétés réparties dans ces différents groupes. Le second objectif est d’utiliser cette combinaison de traits pour tester si certaines covariations entre traits observées dans des études précédentes entre espèces et/ou au sein d’une espèce, sont également trouvées chez l’olivier, espèce sclérophylle caractéristique du Bassin méditerranéen. Nos résultats montrent que : (1) Il existe une forte gamme de variation entre variétés pour tous les traits étudiés ; cette gamme est la plus large pour le volume du noyau (facteur ~7 entre les deux extrêmes) et la plus étroite pour la teneur en matière sèche des feuilles (facteur 1,3 entre les deux extrêmes) ; (2) Pour la plupart des traits mesurés, on n’observe pas de différence significative entre les quatre groupes génétiques distribués autour du Bassin méditerranéen ; (3) La taille des feuilles est corrélée positivement à leur masse surfacique - un trait relatif à la morpho-anatomie des feuilles -, reflétant le fait que la masse des feuilles augmente plus rapidement que leur surface. Ceci est en accord avec l’hypothèse stipulant que des feuilles plus grandes doivent être plus rigides, afin de pouvoir supporter les dommages mécaniques et les effets de la gravité ; (4) L’épaisseur des feuilles et la densité des tissus contribuent de façon équivalente à la détermination de la masse surfacique des feuilles ; (5) La taille des feuilles est positivement corrélée à celle des noyaux. Une approche de modélisation en équations structurelles a permis de montrer que la masse surfacique des feuilles jouait un rôle central dans cette relation, ce qui est interprété dans le contexte du modèle « Graine-Phytomètre-Feuille » récemment proposé.Les perspectives envisagées pour ce travail comprennent : (a) un test plus général de l’absence de différences phénotypiques entre groupes génétiques, en augmentant le nombre de variétés étudiées ; (b) la collecte de données sur les fruits et les branches, afin de tester le modèle allométrique sous-jacent reliant la taille des feuilles à celle des noyaux, et (c) l’établissement des relations entre certains traits foliaires déterminés dans la présente étude - surface, largeur et masse surfacique -, les échanges gazeux et l’économie de l’eau, afin de mieux comprendre l’adéquation entre la physiologie des différentes variétés d’oliviers et les conditions climatiques de leur aire géographique d’origine. Ce travail permettrait de consolider les bases fonctionnelles pour la sélection des variétés d’oliviers.

Growing perennial grains, yielding several years from one seeding, is suggested as a valuable option toward more agroecological systems, sustaining production and environmental goals. The Thinopyrum intermedium species is studied since it may offer significant grain yields while providing other important ecosystem services regarding soil conservation and natural resources protection. The multifunctionality of the crop is a key aspect of its relevance and value, partially offsetting the lower grain yields as compared to annual grain counterparts. However, a thorough assessment of its above and belowground growth is still missing, and the influence of growth conditions mostly unknown (e.g. water, nitrogen, temperature). This lack of knowledge is strongly hindering the development of suitable management practices to ensure services provision and to increase the agroecosystem sustainability. This work assesses the crop performances in a context of a temporary insertion (2-3 years) into a grain crop rotation. The study is based on 12 fields experiments, either on-farm or in research station, in France and Belgium. This work allowed to characterize the growth and functioning of the crop and to evaluate its performances during two consecutive years (establishment and following year). Several key parameters have been identified (rooting system development, flowering induction, growth dynamic, grain yields components) to understand the potential of grain-forage dual production, soil protection, resources management, and weed control. Results are notably illustrating the crop changes between the establishment year and the following year (above and belowground biomass increase). These changes are important when analyzing the crop ability to capture and use soil resources. Generally, aboveground traits (e.g. biomass, phenology, grain yield components) and belowground traits (e.g. root depth, biomass, diameter, density) indicate an unfavorable resource allocation impacting grain productivity, while favoring the vegetative biomass (roots, stems, leaves) that supports the perenniality of the species. Meanwhile, results of this work are showing a great potential from this perennial grain to build diversified cropping systems, using and conserving resources efficiently, and supporting soil fertility.; La culture de céréales vivaces, fournissant une production de grains sur plusieurs années consécutives sans être ressemées, est proposée comme une innovation agroécologique pour des systèmes de culture productifs et plus respectueux de l’environnement. L’espèce Thinopyrum intermedium est ici étudiée car elle propose un potentiel de production en progression et est susceptible de fournir de nombreux services écosystémiques visant la protection du sol et des ressources naturelles. La multifonctionnalité de cette culture est un élément clé de sa valorisation, compensant pour partie les faibles rendements en grains. Cependant, les caractéristiques du développement aérien et racinaire de la céréale sont encore peu évaluées au champ, et l’influence des conditions de culture peu définie (e.g. eau, azote, température). Ce manque de connaissances limite fortement le raisonnement des méthodes de gestion adaptées à la culture et favorisant l’obtention de services et la durabilité de l’agroécosystème. Ce travail propose d’étudier le potentiel de cette culture dans le cadre d’une implantation de 2-3 ans au sein d’une rotation céréalière. Il s’appuie sur un réseau de 12 expérimentations en stations ou en plein champ, en France et en Belgique. Ce travail a permis de caractériser le fonctionnement de la culture et d’évaluer ses performances pendant deux années de production consécutives (l’année d’implantation et l’année de repousse suivante). Plusieurs paramètres clés ont été identifiés (développement du système racinaire, conditions de l’induction florale, dynamique de croissance, composantes du rendement en grains) pour la compréhension des performances de production grain-fourrage, de protection des sols, de gestion des ressources et de régulation des bio-agresseurs (adventices) de cette culture. Les résultats présentés illustrent une évolution notable de la culture entre les deux années de production (augmentation de la biomasse racinaire et aérienne) à prendre en compte dans la caractérisation des capacités d’acquisition et d’utilisation des ressources du sol. D’une manière générale, les traits aériens (e.g. biomasse, phénologie, composantes du rendement) et racinaires (e.g. profondeur, biomasse, diamètre, densité) indiquent une allocation des ressources défavorable à la production grainière au profit d’une forte production de biomasse aérienne et racinaire, support de la pérennité de l’espèce. Les résultats de la thèse témoignent aussi d’un fort potentiel de cette culture pour concevoir des systèmes de culture plus diversifiés, plus efficients dans l’utilisation et la conservation des ressources et, favorables à la fertilité du sol.

Growing perennial grains, yielding several years from one seeding, is suggested as a valuable option toward more agroecological systems, sustaining production and environmental goals. The Thinopyrum intermedium species is studied since it may offer significant grain yields while providing other important ecosystem services regarding soil conservation and natural resources protection. The multifunctionality of the crop is a key aspect of its relevance and value, partially offsetting the lower grain yields as compared to annual grain counterparts. However, a thorough assessment of its above and belowground growth is still missing, and the influence of growth conditions mostly unknown (e.g. water, nitrogen, temperature). This lack of knowledge is strongly hindering the development of suitable management practices to ensure services provision and to increase the agroecosystem sustainability. This work assesses the crop performances in a context of a temporary insertion (2-3 years) into a grain crop rotation. The study is based on 12 fields experiments, either on-farm or in research station, in France and Belgium. This work allowed to characterize the growth and functioning of the crop and to evaluate its performances during two consecutive years (establishment and following year). Several key parameters have been identified (rooting system development, flowering induction, growth dynamic, grain yields components) to understand the potential of grain-forage dual production, soil protection, resources management, and weed control. Results are notably illustrating the crop changes between the establishment year and the following year (above and belowground biomass increase). These changes are important when analyzing the crop ability to capture and use soil resources. Generally, aboveground traits (e.g. biomass, phenology, grain yield components) and belowground traits (e.g. root depth, biomass, diameter, density) indicate an unfavorable resource allocation impacting grain productivity, while favoring the vegetative biomass (roots, stems, leaves) that supports the perenniality of the species. Meanwhile, results of this work are showing a great potential from this perennial grain to build diversified cropping systems, using and conserving resources efficiently, and supporting soil fertility.; La culture de céréales vivaces, fournissant une production de grains sur plusieurs années consécutives sans être ressemées, est proposée comme une innovation agroécologique pour des systèmes de culture productifs et plus respectueux de l’environnement. L’espèce Thinopyrum intermedium est ici étudiée car elle propose un potentiel de production en progression et est susceptible de fournir de nombreux services écosystémiques visant la protection du sol et des ressources naturelles. La multifonctionnalité de cette culture est un élément clé de sa valorisation, compensant pour partie les faibles rendements en grains. Cependant, les caractéristiques du développement aérien et racinaire de la céréale sont encore peu évaluées au champ, et l’influence des conditions de culture peu définie (e.g. eau, azote, température). Ce manque de connaissances limite fortement le raisonnement des méthodes de gestion adaptées à la culture et favorisant l’obtention de services et la durabilité de l’agroécosystème. Ce travail propose d’étudier le potentiel de cette culture dans le cadre d’une implantation de 2-3 ans au sein d’une rotation céréalière. Il s’appuie sur un réseau de 12 expérimentations en stations ou en plein champ, en France et en Belgique. Ce travail a permis de caractériser le fonctionnement de la culture et d’évaluer ses performances pendant deux années de production consécutives (l’année d’implantation et l’année de repousse suivante). Plusieurs paramètres clés ont été identifiés (développement du système racinaire, conditions de l’induction florale, dynamique de croissance, composantes du rendement en grains) pour la compréhension des performances de production grain-fourrage, de protection des sols, de gestion des ressources et de régulation des bio-agresseurs (adventices) de cette culture. Les résultats présentés illustrent une évolution notable de la culture entre les deux années de production (augmentation de la biomasse racinaire et aérienne) à prendre en compte dans la caractérisation des capacités d’acquisition et d’utilisation des ressources du sol. D’une manière générale, les traits aériens (e.g. biomasse, phénologie, composantes du rendement) et racinaires (e.g. profondeur, biomasse, diamètre, densité) indiquent une allocation des ressources défavorable à la production grainière au profit d’une forte production de biomasse aérienne et racinaire, support de la pérennité de l’espèce. Les résultats de la thèse témoignent aussi d’un fort potentiel de cette culture pour concevoir des systèmes de culture plus diversifiés, plus efficients dans l’utilisation et la conservation des ressources et, favorables à la fertilité du sol.

A central hypothesis in functional ecology is that certain trait combinations let individuals have a maximum growth rate in certain environmental conditions, they represent as such a functional optimum. The abundant trait values are thus supposed to reflect the best performance of species close to the optimum. However, some processes, such as neutral processes, can affect the presence of a functional optimum. Some species also harbour original trait combination compared to the functional optimum, locally among communities as well as in regional species pools. The general goals of this thesis are (i) to propose community assembly models to test the influence of different processes that can affect the presence of a functional optimum, (ii) to identify specific processus that affect functional optimum by using these models, (iii) to identify globally original species and study their determinants, (iv) to evaluate the importance of originality in a conservation context. In the first chapter we propose to community assembly models, the first couples regional and local processes, while the second is more inspired by population dynamics model. In the second chapter, we identify two processes that affect the presence of a functional optimum: species habitat saturation and traits not affected by the environment. In the third chapter, we propose a statistical tool to quantify functional originality and we evaluate the relationships betwen regional functional originality and climatic factors. In the fourth chapter, we show that functionally original species are more at threat than other species and that they face more threats than functionally common species. The thesis shows the importance of taking into account multiple spatial, temporal and taxonomic scales to characterize functional originality. The diversity of biological models studied in this thesis (herbs, trees, birds, mammals, and coral reef fishes) underline the conceptual interest of functional originality in diverse ecological contexts.; Une hypothèse centrale en écologie fonctionnelle est que certaines combinaisons de traits procurent un taux de croissance maximal dans des conditions environnementales données, et représentent ainsi un optimum fonctionnel. Les valeurs de traits abondantes sont ainsi supposées refléter la meilleure performance des espèces proches de l’optimum. Cependant certains processus, comme les processus neutres, peuvent affecter la présence d'un optimum fonctionnel. Certaines espèces possèdent des combinaisons de traits originales différentes de l'optimum fonctionnel, localement dans les communautés ainsi qu’au sein des bassins d’espèces régionaux. Les objectifs généraux de cette thèse sont (i) de proposer des modèles d'assemblage des communautés prenant en compte les différents processus qui peuvent affecter la présence d'un optimum fonctionnel, (ii) d'identifier des processus précis qui affectent l'optimum fonctionnel à l'aide de ces modèles, (iii) d'identifier les espèces originales fonctionnellement à l'échelle globale et d'étudier leurs déterminants, (iv) d'évaluer la prise en compte de l'originalité fonctionnelle dans la conservation. Dans le premier chapitre nous proposons deux modèles d'assemblages des communautés, l'un couplant processus locaux et régionaux, l'autre s'inspirant des modèles de dynamiques de populations. Dans le deuxième chapitre, nous mettons en avant deux processus qui affectent l'optimum fonctionnel : la saturation d'habitat des espèces et le présence de traits n'étant pas affecté par l'environnement. Dans le troisième chapitre nous proposons un outil pour quantifier l'originalité fonctionnelle, et nous évaluons les relations qui existent entre originalité fonctionnelle régionale et déterminants climatiques. Enfin dans le quatrième chapitre, nous montrons que les espèces rares fonctionnellement sont davantage menacées d'extinction que les autres espèces et que davantage de menaces pèsent sur elles comparées aux espèces communes fonctionnellement. La thèse montre l'importance de la prise en compte des différentes échelles spatiales, temporelles et taxonomiques pour caractériser l'originalité fonctionnelle. La diversité des modèles biologiques utilisés (herbacées, arbres, oiseaux, mammifères et poissons de récifs coralliens) au cours de cette thèse souligne l’intérêt conceptuel de l'originalité fonctionnelle dans des contextes écologiquement variés.

Epizoochory is one mode of plant dispersal, where seeds are conveyed externally on animals. It mostly concerns forbs and graminoids, shrubs and trees relying more on endozoochory or abiotic vectors. Epizoochory is considered a strong biotic filter that shapes local plant assemblages from the regional pool of species. Abundant populations of large-bodied ungulates and their home range movements provide frequent ‘mobile links’ among habitat patches. For my thesis, I was interested in assessing the role of wild ungulates, especially red deer, in epizoochorous seed dispersal. I addressed 1) the role of ungulates in structuring local plant communities with respect to dispersal-related plant traits, 2) the effect of landscape composition on movement decisions made by individual red deer on subsequent seed dispersal kernels, and 3) the complementarity of ungulate-mediated dispersal modes and their overall influence on local plant communities. I used a combination of empirical field data and ecological modeling to address these questions. I found that zoochory presents a weak signal in structuring plant communities compared to other abiotic factors, but that dispersal-enabling traits were good predictors. I demonstrated the importance of accounting for home ranging behavior in range-resident ungulates in the seed dispersal kernel, which prevents from over-estimating dispersal distances. Moreover, I underlined how considering the total seed load dispersed by individual red deer is crucial and reveals the complementarity of dispersal modes in the total dispersal kernel. Finally, I highlighted the underrated role of ungulates in spreading invasives as a real threat to biodiversity., L'épizoochorie définit la dispersion des plantes véhiculées sur le corps des animaux. Elle concerne herbacées et graminées, arbres et arbustes étant dispersés par endozoochorie et vecteurs abiotiques. Filtre biotique sélectif, elle façonne les communautés végétales locales à partir du pool régional d'espèces. Les populations abondantes d’ongulés sauvages et leurs longs déplacements créent ainsi de fréquents "liens mobiles" entre patchs d'habitat. J’ai ainsi étudié le rôle de ces animaux, notamment du cerf élaphe, comme vecteurs de dispersion épizoochore dans la structuration des communautés végétales locales en tenant compte des traits des plantes favorisant la dispersion. Puis, j’ai évalué comment structure et composition du paysage affectaient les déplacements individuels du cerf, les distances de dispersion et le site de dépôt des graines. Finalement, j’ai comparé différents modes de dispersion à l’échelle du vecteur individuel. Pour répondre à ces questions, j'ai combiné données empiriques de terrain et approches de modélisation écologique. J'ai constaté que la zoochorie constitue un signal faible, par rapport aux facteurs abiotiques, dans la structuration des communautés végétales, mais les traits facilitant la dispersion sont de bons prédicteurs. J'ai montré l'importance de tenir compte du domaine vital individuel pour ne pas surestimer les distances de dispersion. En outre, j'ai démontré qu’il fallait considérer la charge totale en graines véhiculées car elle révèle la complémentarité des modes de dispersion. Pour finir, j'alerte sur le rôle sous-estimé des ongulés sauvages et domestiques dans la propagation des plantes exotiques, réelle menace pour la biodiversité

In coastal ecosystems, phytoplankton composition, distribution and dynamics are strongly influenced by spatial and temporal variations of hydrological structures and biogeochemical parameters, consequences of natural and anthropogenic pressures. Reference monitoring, due to its low spatial and temporal resolution, may fail to detect key events as the initiation and end of phytoplankton outbursts or harmful algal blooms (HABs). By increasing the spatial and/or temporal resolution as well as completing taxonomical counting by investigating the phytoplankton whole size spectra, the use of automated sensors may allow contributing to a better understanding of the distribution and dynamics of this major player in biogeochemichal cycles, at the basis of most foof webs. This thesis consists in studying the characteristics of phytoplankton functional groups defined from their optical properties at the single-cell level, in relation to spatio-temporal variability encountered in contrasting marginal seas, applying the pulse shape-recording automated flow cytometry. This functional classification reflects the diversity of particles according to morphological and physiological properties. First of all, the distribution of phytoplankton groups and their traits where explored in the Western and Central English Channel during the summer period. Most groups formed patches of abundance and biomass near the Ushant front and were structured at the sub-mesoscale. Secondly, phytoplankton functional groups dynamics was characterized in the Eastern English Channel and Southern North Sea during the development period of diatoms and Phaeocystis globosa spring groups, by calculating LCBD and SCBD, wich allowed the observation of spatial segregation between phytoplankton groups. Their distribution was explained by the niche parameters (marginality and tolerance). Finally, the vertical distribution of phytoplankton functional groups in a salinity gradient was addressed in the Baltic Sea, in relation to the biogeochemical properties of the water masses and the characteristics of each PFGs. The variations of the traits are thus stand out as the best predictors of the horizontal and vertical distribution of phytoplankton groups with the respect to niche parameters and spatial descriptors (dispersion, physical and biological parameters). The functional approach, derived from phytoplankton optical properties addressed by automated flow cytometry, coupled to the niche analysis, make it possible to better explain and predict community responses to environmental gradients, such responses being detected in parallel by diversity indices. This work benefited from the support of local (MARCO State-Region Plan Contract), national (CNRS-MTES convention) and international European H2020 JERICO-NEXT projects.; Au sein des écosystèmes côtiers, la composition, la distribution et la dynamique phytoplanctoniques sont influencées par les variations spatio-temporelles des structures hydrologiques et des para mètres biogéochimiques, sous les pressions naturelles et anthropiques. Les suivis de référence, de par leur faible résolution spatiale et temporelle, peuvent manquer des événements-clés comme l'initiation ou la fin des efflorescences ou nuisibles (du type Harmful Algal Blooms). Pour permettre leur détection et mieux comprendre la distribution et la dynamique de ce compartiment à la base des réseaux trophiques et acteur majeur des cycles biogéochimiques, l'utilisation d'approches automatisées à haute fréquence permet de compléter les approches taxonomiques par la caractérisation fonctionnelle de l'ensemble du spectre de taille du phytoplancton. Cette thèse est consacrée à l'étude des caractéristiques morphologiques et physiologiques des groupes fonctionnels phytoplanctoniques définis à partir de leurs propriétés optiques à l'échelle de l'individu, rencontrés dans des mers épi-et intracontinentales contrastées en utilisant la cytométrie en flux automatisée de type "pulse-shape-recording". Tout d'abord, la distribution des groupes phytoplanctoniques et de leurs traits ont été explorés en Manche occidentale et centrale lors de la transition été-automne, ce qui a permis de mettre en évidence la formation de patches d'abondance et de biomasse à proximité du front d'Ouessant et une structuration à sub-mésoéchelle. En deuxième lieu, la dynamique des groupes fonctionnels phytoplanctoniques en Manche orientale et sud Mer du Nord a été étudiée pendant la période de développement des blooms printaniers de diatomées et de Phaeocystis globosa, avec l'utilisation de la LCBD et de la SCBD permettant l'observation de ségrégation spatiale entre groupes phytoplanctoniques dont leur distribution est expliquées par les paramètres de niche (marginalité et tolérance). Enfin, l'étude des paramètres conditionnant la distribution spatiale verticale le long d'un gradient de salinité en Mer Baltique a été abordée pendant la période estivale, en relation avec les propriétés biogéochimiques des masses d'eaux, qui a permis d'identifier les caractéristiques des groupes phytoplanctoniques participant à la distribution des groupes phytoplanctoniques. Les variations des traits ressortent comme étant les meilleurs prédicteurs de la distribution horizontale et verticale vis-à-vis des paramètres de niche et des descripteurs spatiaux (dispersion, paramètres physiques et biologiques). L'approche par traits fonctionnels, dérivés des mesures optiques à haute résolution, couplée à l'analyse de niche permettent d'avancer dans la compréhension des réponses des communautés aux gradients environnementaux, elles-mêmes détectées par les mesures d'indices de diversité. Ce travail a bénéficié de l'appui des projets régionaux (CPER MARCO), nationaux (convention MTES-CNRS) et européens (JERICO-NEXT).

National audience; Les invertébrés du sol présentent une très grande diversité de formes de vie qui participent au fonctionnement du sol (e.g. décomposition de la matière organique) et contribuent à de nombreux services écosystémiques (e.g. régulation du climat). Des facteurs environnementaux (e.g. contexte biogéographique, usage du sol) régulent les patrons des communautés. Toutefois, les événements historiques de quelques dizaines à quelques centaines d'années sont rarement pris en compte pour expliquer les patrons actuels. Depuis la période Romaine jusqu’au XXe siècle, les activités humaines en Europe ont impacté fortement les forêts, notamment par le charbonnage (production de charbon de bois). Le projet CHARCOFAUNA (Observatoire Homme Milieu Vicdessos - LabEx DRIIHM - INEE CNRS) a pour objectif d’évaluer l’effet des vestiges de charbonnières (replats avec un horizon enrichi en charbon) sur les invertébrés du sol. Elles sont un modèle d’événement historique à longue portée temporelle. Plus particulièrement, le projet vise à répondre à la question suivante : en quoi l’hétérogénéité inhérente des charbonnières (e.g. épaisseur de l’horizon enrichi en charbon) façonne les patrons des communautés d’invertébrés du sol ? Pour répondre à cette question, onze charbonnières ont été échantillonnées dans les Pyrénées ariégeoises (vallée d’Aulus-les-Bains). Ces charbonnières ont été préalablement caractérisées de manière archéologique (Py-Saragaglia et al., 2017). Les macro-invertébrés et méso-invertébrés du sol ont été collectés ainsi que des échantillons de sol pour évaluer les communautés microbiennes (e.g. champignons totaux et bactéries nitrifiantes) et pour analyses physiques (e.g. densité apparente) et chimiques (e.g. pH, CEC, analyses élémentaires CHNS/O). Les échantillons sont actuellement en cours de valorisation par le biais d’un stage de master II. L’objectif est de synthétiser l’ensemble des données dans un cadre conceptuel expliquant l’influence de l’hétérogénéité des charbonnières sur les patrons des communautés d’invertébrés du sol. Une approche basée sur les traits fonctionnels sera utilisée (base de données BETSI, http://betsi.cesab.org). Les traits seront choisis en amont sur la base d'hypothèses d'impact de l’effet de l’hétérogénéité des charbonnières sur les invertébrés. Par exemple, nous faisons l’hypothèse qu’une augmentation de la teneur en carbone d’origine pyrogénique réduirait la proportion d’individus à corps mou et/ou géophages.Références bibliographiques : Py-Saragaglia, V., Cunill Artigas, R., Métailié, J.-P., Ancel, B., Baron, S., Paradis-Grenouillet, S., Lerigoleur, É., Badache, N., Barcet, H., Galop, D., 2017. Late Holocene history of woodland dynamics and wood use in an ancient mining area of the Pyrenees (Ariège, France). Quat. Int., Anthracology: Local to Global Significance of Charcoal Science Part II 458: 141–157.

Pulses are generally recognized for their multiple nutritional and environmental benefits. However,most legume species can be defined as orphan crops. This underlines the lack of knowledge onlegume diversity and the importance of studying this diversity and elucidating how it supports thefunctioning of agro-ecosystems. Functional trait approach could guide the inclusion of pulses intoagro-ecosystems to provide one or more services. This work aimed at synthetizing current knowledgeon the functional diversity of cultivated pulses at the interspecific level as well as producing newinsights on the relationships between pulses functional trait variation and agro-ecosystemsfunctioning. We focused on agro-ecosystem properties hypothesized to be good indicators of threespecific agro-ecosystem services related to food provision in low-input systems: yield under dryconditions, nitrogen (N) fixation, and competitiveness toward weeds. We combined concepts andmethods from functional ecology, crop physiology and agronomy. We applied multivariate statisticalmethods to data collected from the literature and to data collected from an original field experimentto explore traits-agro-ecosystem properties relationships under multiple environments (literaturedata) or optimal environmental conditions (field experiment). A controlled experiment in potsallowed to assess the effect of water deficit on key processes such as transpiration and biological Nfixation. Our results highlighted covariation patterns and trade-offs between agro-ecologicalproperties supported by different pulses species. Pulses diversity was also described throughfunctional traits and indicated leaf traits as key drivers of inter- and intra-species variability. Nitrogencontent of plant organ and seeds traits also captured a great part of pulses diversity. Those traits wererelated to agro-ecosystem properties. Although they were predicted by multiple alternativecombinations of traits it was possible to identify that leaf N content was an important predictor ofpulses agro-ecosystem properties. We compared different approaches (meta-analysis andexperimental) and discussed intra-species variability. Controlled experiment revealed a large intraand interspecific variability in the response of N fixation and transpiration dynamics, as well asrelationships between leaf traits, C/N metabolism, and soil drying-responses of growth, transpiration,and N2 fixation. We also discussed the intrinsic limitations of trait-based approach and pertinencefor its application to agro-ecosystem diversification., Les légumineuses à graines sont généralement reconnues pour leurs nombreux avantages nutritionnelet environnementaux. Cependant, la plupart de ces espèces peuvent être définies comme des culturesorphelines. Ce constat souligne le manque de données et de connaissances quant à la diversité deslégumineuses. L’étude de cette diversité via l'approche des traits fonctionnels pourrait guiderl’insertion des légumineuses dans les agro-écosystèmes. Le but de ces travaux a été de synthétiserles connaissances actuelles sur la diversité fonctionnelle des légumineuses cultivées au niveauinterspécifique, ainsi que de produire de nouvelles connaissances sur les relations entre les traitsfonctionnels et le fonctionnement des agro-écosystèmes. Nous nous sommes concentrés sur uncertain nombre de propriétés des agro-écosystèmes dont nous supposons qu'elles sont de bonsindicateurs de trois services agroécosystemiques importants et liés à l'approvisionnement alimentairedes système bas intrants : le rendement en conditions sèches, la fixation de l’azote et la compétitivitéface aux adventices. Pour cela, nous avons combiné des méthodes et des approches issues dedifférentes disciplines : écologie fonctionnelle, physiologie et agronomie. Nous avons appliqué desméthodes de statistique multivariée sur une base de données collectées dans la littérature puis auxdonnées originales recueillies lors d'une expérience au champ pour explorer les relations entre traitset propriétés des agro-écosystèmes dans des environnements multiples (données de la littérature) oudans des conditions environnementales communes et optimales (expérience sur le terrain). Uneexpérience en conditions contrôlées a également permis d'évaluer l'effet du déficit en eau sur desprocessus clés tels que la transpiration et la fixation biologique de l'azote. Nos résultats ont mis enévidence la structure de covariation ainsi que des compromis entre les propriétés soutenues pardifférentes espèces de légumineuses. La diversité des légumineuses a également été décrite par lebiais de traits fonctionnels. Les traits foliaires ont été mis en évidence comme étant le principalélément de variabilité inter- et intra-espèces. La teneur en azote des organes végétaux et des semencesconstituait également un facteur important de la diversité des légumineuses. Ces traits ont été liésaux propriétés des agro-écosystèmes. Bien que ces derniers puissent être prédits par de multiplescombinaisons de traits, il a été possible d'identifier le LNC comme un indicateur important despropriétés de l'agro-écosystème. Nous avons comparé différentes approches (méta-analyse etexpérimentale) et discuté de la variabilité intra-espèce. L’expérience contrôlée a révélé une grandevariabilité intra et interspécifique dans la réponse de la fixation de l'azote et de la dynamique de latranspiration, ainsi que des relations entre traits foliaires, métabolisme C/N et réponses de lacroissance, de la transpiration et de la fixation du N2 au dessèchement du sol. Nous avons égalementdiscuté des limites intrinsèques de l'approche basée sur les caractères et de son potentiel pourl'application dans la conception d’agro-écosystèmes diversifiés.

In the current context of climate change, associated with increases of climate extremes frequency and intensity, understanding the ecosystem response to climate variability is a central challenge in ecology. Soil microbial communities control most ecosystem processes driving energy and nutrients fluxes. In the context of agriculture management, an important question is to understand the influence of farming practices on soil microbial communities and their capacity to maintain ecosystem functioning under climate change. Ecological-intensive agriculture has been recently proposed as an approach integrating ecological processes in management strategies to optimise agroecosystems functioning and resilience to climate change. Functional ecology might be relevant to address these challenges associated with climate change and ecological-intensification of agriculture.In this PhD thesis, I used the functional trait framework to grassland ecosystems to address how different modalities of management intensity (extensive, conventional-intensive, ecological-intensive management) influence: 1) functional parameters of soil microbial communities; 2) the capacity of these soil microbial communities to maintain ecosystem functioning during and after climatic stresses (Resilience). During my PhD, three experiments have been conducted using different degrees of control of management factors and simulating different kind of climatic stresses, with different durations. Based on grassland agroecosystems in three countries across Europe (France, Switzerland, Portugal), results from the first two experiments of this PhD showed that ecological-intensive management select soil microbial communities with a lower capacity to maintain microbial ecosystem properties during stresses (resistance) but with higher capacity to recover compared with soil microbial communities of soils under conventional-intensive management. Moreover, another study showed that ecological-intensive management promotes beneficial proteolytic soil microbial communities for plant nitrogen uptake under climate change-induced rain regimes. Plant functional traits assessment suggest this management effect on microbial communities composition and resilience to be explained by higher litter phosphorous content in ecological-intensive systems. Indeed, this plant functional trait affect microbial traits, favouring copiotrophic microbial community characterized by a lower nitrogen:phosphorous ratio of their biomass and a lower investment in extracellular enzymes production, two traits decreasing stress resistance but increasing recovery capacities. Thereby, these two experiments stress the relevance of plant traits management to control soil microbial traits and the resilience of soil microbial communities to climate changes. A third experiment tested specifically the impact of a mineral fertilisation event on the resilience of soil microbial communities to different climatic stresses. Results clearly demonstrated that fertilization modify soil microbial community composition and soil microbial traits and decrease ecosystem stability under climatic stresses.Implementing an approach based on the microbial functional trait concept, this thesis brings new insights on the effects of management intensity on grassland ecosystem resilience to climatic stress.; Dans le contexte actuel du changement climatique et de l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des épisodes climatiques extrêmes, une question centrale pour l’écologie scientifique est de comprendre les répercussions de ces changements sur le fonctionnement des écosystèmes. Les communautés microbiennes du sol contrôlent une grande partie des processus écosystémiques déterminant la circulation de l’énergie et des nutriments. Dans le cadre des agroécosystèmes se pose donc la question de l’influence des pratiques agricoles sur les communautés microbiennes du sol et sur leur aptitude à maintenir le fonctionnement des écosystèmes face au changement climatique. L’intensification écologique de l’agriculture a récemment été proposée comme une approche intégrant les processus écologiques dans la stratégie de gestion des agroécosystèmes, dans l’objectif d’optimiser leur fonctionnement et leur résilience. L’écologie fonctionnelle pourrait répondre à certains des enjeux posés par le changement climatique et l’intensification écologique de l’agriculture.Dans cette thèse, j’ai cherché à mobiliser le cadre conceptuel des traits fonctionnels pour apporter de nouveaux éléments de compréhension de l’influence de différentes modalités d’intensité de gestion d’agroécosystèmes prairiaux (gestion extensive, conventionnelle-intensive et écologiquement-intensive) : 1) sur les caractéristiques fonctionnelles des communautés microbiennes du sol; 2) sur la capacité de ces communautés microbiennes à maintenir le fonctionnement de l’écosystème face à des périodes de stress climatiques (résilience). Dans le cadre de ma thèse, trois expérimentations ont été réalisées en faisant varier le degré de contrôle des facteurs de gestion, le type de stress climatique et la durée de ces stress. S’appuyant sur des agroécosystèmes prairiaux répartis dans trois pays Européens (France, Suisse, Portugal), les résultats des deux premières expérimentations de cette thèse montrent que les communautés microbiennes des sols des prairies écologiquement-intensives disposent d’une plus faible capacité à maintenir les propriétés écosystémiques microbiennes durant les stress (faible résistance) mais disposent d’une meilleure capacité de récupération comparée aux communautés microbiennes des sols en gestion conventionnelle-intensive. Une autre étude montre que la gestion éco-intensive favorise des communautés microbiennes protéolytiques bénéfiques à l’assimilation de l’azote pour les plantes en conditions perturbés. L’étude des traits végétaux suggère que ces effets de la gestion sur la composition des communautés microbiennes et sur leur résilience passe par certains traits, notamment une augmentation de la richesse en phosphore des litières en gestion écologiquement-intensive. En effet ces traits fonctionnels des plantes semblent influencer les traits microbiens, favorisant des communautés microbiennes copiotrophes, caractérisées par un ratio azote:phospore faible de leur biomasse et un faible investissement dans la production d’enzymes extracellulaires, deux traits négatifs pour la résistance au stress mais favorisant une récupération rapide. Ainsi, ces deux expérimentations soulignent l’importance de la gestion des traits des plantes dans le contrôle des traits microbiens et de la résilience des écosystèmes au changement climatique. La troisième expérimentation a cherché à tester spécifiquement les effets d’un épisode de fertilisation minérale sur la résilience des communautés microbiennes à différents stress climatiques. Les résultats montrent que la fertilisation modifie la composition et les traits microbiens avec des répercussions négatives sur la stabilité de l’écosystème face à la sécheresse et à l’inondation.Mobilisant une approche par le concept de trait fonctionnel microbien, ce travail de thèse apporte de nouveaux éléments de compréhension des effets de l’intensité de gestion sur la résilience des écosystèmes prairiaux face aux stress climatiques.

The aim of this thesis is to study how spatio-temporal variations of the environment affect the composition of New Caledonia's fragmented lowland forests, using a multi-scale approach - regional, landscape, local scales - and by integrating deterministic and stochastic aspects of ecological dynamics. Using a functional approach, we first analyze how regional and local water availability gradients influence community assembly processes from the regional species pool. In a second step, we combine empirical data and mechanistic modelling to assess the temporal effect of fragmentation and habitat loss on neutral extinction-immigration dynamics and environmental filters. At the local scale, we analyze the successional trajectories guiding the spatio-temporal dynamics of forest recolonization on degraded environments under the influence of edge effects. At the regional level, we show that variations in annual rainfall patterns generate environmental filters that determine the composition of species subpools at the landscape level. Topography then plays a major role in assembling communities at the landscape level, filtering species according to their drought resistance or resource use strategies based on the precipitation context. The balance between immigration and extinction in communities depends on landscape structure, but these stochastic processes are slow, and we show that their influence is delayed in case of rapid landscape change. On the other hand, edge creation affects environmental filters and entails rapid changes community composition. Finally, our results reveal that the recolonization of the forest on disturbed environments follows a succession trajectory driven by deterministic processes, and characterized by a transition from stress resistance to competition for light. Overall, this thesis provides new elements for understanding the spatio-temporal dynamics of New Caledonia's forests, as well as for planning their conservation.; L’objectif de cette thèse est d’étudier comment les variations spatio-temporelles de l’environnement affectent la composition des forêts fragmentées de basse altitude de Nouvelle-Calédonie, en utilisant une approche multi-échelle – échelles régionale, du paysage, locale – et en intégrant les aspects déterministes et stochastiques de la dynamique écologique. En utilisant une approche fonctionnelle, nous analysons dans un premier temps comment les gradients de disponibilité hydrique régionaux et locaux influencent les processus d’assemblage des communautés à partir du pool d’espèces régional. Dans un second temps, nous associons données empiriques et modélisation mécaniste pour évaluer l’effet temporel de la fragmentation et la perte d’habitat sur les dynamiques neutres d’extinction-immigration et les filtres environnementaux. A une échelle plus locale, nous analysons les trajectoires de succession guidant la dynamique spatio-temporelle de recolonisation de la forêt sur les milieux dégradés sous l’influence des effets de lisière. A l’échelle régionale, nous montrons que les variations dans le régime annuel de précipitations génèrent des filtres environnementaux qui déterminent la composition des sous-pools d’espèces à l’échelle du paysage. La topographie joue ensuite un rôle majeur dans l’assemblage des communautés à l’échelle du paysage, en filtrant les espèces selon leurs stratégies de résistance à la sécheresse ou d’utilisation des ressources en fonction du contexte de précipitations. L’équilibre entre immigration et extinction dans les communautés dépend de la structure du paysage, mais ces processus stochastiques sont lents, et nous montrons que leur influence est retardée en cas de modification rapide du paysage. En revanche, la création de lisières affecte les filtres environnementaux et modifie rapidement la composition des communautés. Enfin, nos résultats révèlent que la recolonisation de la forêt sur les milieux perturbés suit une trajectoire de succession guidée pas des processus déterministes, et définie par une transition depuis la résistance au stress vers l’influence croissance de la compétition pour la lumière. Dans l'ensemble, cette thèse apporte de nouveaux éléments pour la compréhension de la dynamique spatio-temporelle des forêts de Nouvelle-Calédonie, ainsi que pour la planification de leur conservation.

Chemical pollutions are stress factors for aquatic environment, the final receptor of microcontaminants (pesticides, medications, metals). Biofilm is an aquatic microecosystem in which short lifecycle microorganisms interact (bacteria, fungi, microalgae, micro-meiofauna) on a substrate. Seasonal (light, temperature) or anthropogenic factors (dissolved substances such as toxic pollutants) modify microalgae composition and also impact biological micro-meiofauna cycles. These environmental determinants diversely buid periphytic community all along the year, directly and indirectly in the complex species interaction network. Potential imbalance between biofilm components likely to be impacted by pollutants (target and non-target organisms) can threat structural and functional biofilm stability. In these thesis works, we studied imidacloprid (insecticide) and diuron (herbicide) effect on biotic relation maintained among periphytic microalgae and micro-meiofauna. These two pesticides are regularly detected in French rivers. Ecotoxicological tests at environmental concentration (5µg.L-1) were firstly realized on monospecies populations and then, on combinations of benthic micro-meiofauna (nematodes, chironomids) and microalgae (diatoms, chlorophyts). Biotic and chemical stress combination showed non-negligible effects on studied species, primary producers or consumers. By combining herbicide and insecticide impact on trophic relation, we can estimate how direct target pesticide effects, indirectly affect other inferior or superior trophic levels. To take in account the structuring influence of trophic relation, we discussed about periphytic community variability via the morphofunctional trophic activity traits approach. Micro-meiofauna morphofunctional traits database was created following Usseglio-Polatera et al. (2000) works on freshwater macroinvertebrates. Abiotic conditions which defined a habitat vary with season. Periphytic communities were submitted to seasonal variations and pesticide contamination. Results demonstrated that abiotic and biotic seasonal conditions have a bigger impact on biofilm functionality than pesticide contamination at tested concentrations. In case of pesticide contamination, little measured impacts can be explained by morphofunctional traits redundancy of micro-meiofauna species selected by chemical pressure. These thesis works highlight the importance of studied scales complementarity and biotic and abiotic factors combination in ecology and ecotoxicology research.; Les pollutions chimiques sont des facteurs de stress pour le milieu aquatique qui est le réceptale final des microcontaminants (pesticides, médicaments, métaux). Le biofilm est un microécosystème aquatique dans lequel interagissent des microorganismes aux cycles de vie très court (bactéries, champignons, microalgues, micro-méiofaune) sur un substrat. Certains facteurs saisonniers (lumière, température) ou liés à l’anthropisation (substances dissoutes dont les polluants toxiques) modifient la composition de microalgues, et impactent également les cycles biologiques de la micro-méiofaune. Ces déterminants environnementaux façonnent diversement les communautés périphytiques au long de l'année, directement et indirectement au sein du réseau complexe d'interactions entre les espèces. Le déséquilibre potentiel entre les composantes susceptibles d'être impactées par des polluants (organismes cibles et non cibles) peut menacer la stabilité structurale et fonctionnelle des biofilms. Dans ces travaux de thèse nous avons étudié les effets de l’imidaclopride (insecticide) et du diuron (herbicide) sur les relations biotiques maintenues entre les microalgues et la micro-méiofaune des biofilms. Ces deux pesticides sont régulièrement détectés dans les rivières françaises. Des tests écotoxicologiques à des concentrations environnementales (5µg.L-1) ont d’abord été réalisés sur des populations monoespèces et des combinaisons de populations de micro-méiofaune (nématodes, chirnomes) et de microalgues benthiques (diatomées, algues vertes). La combinaison de stress biotique et chimique a un effet non négligeable sur les individus de notre étude, qu’ils soient producteurs primaires ou consommateurs. En combinant les impacts d’un herbicide et d’un insecticide sur une relation trophique, on peut estimer comment les effets directs de ces pesticides sur leur cible, peuvent indirectement, par le jeu des relations biotiques, affecter les individus des chaînons trophiques supérieurs et inférieurs. De manière à ne pas écarter l’influence structurante des relations trophiques, nous avons abordé la question de variabilité de la communauté périphytique par l’approche des traits morphofonctionnels liés à l’activité trophique. Pour ce faire, une base de données regroupant les traits morphofonctionnels de la micro-méiofaune a été créée, basée sur le modèle de la base des macroinvertébrés d’eau douce d’Usseglio-Polatera et al. (2000). Les conditions abiotiques qui définissent un habitat varient selon la saisonnalité. Des communautés périphytiques ont été soumises aux variations saisonnières puis à une contamination pesticide. Nos résultats ont démontré que les conditions abiotiques et biotiques saisonnières ont un impact plus fort sur la fonctionnalité du biofilm que la contamination pesticide aux concentrations testées. Les traits morphofonctionnels de la micro-méiofaune évoluent selon les conditions abiotiques saisonnières. En cas de contamination pesticide, le peu d’impact mesuré peut s’expliquer par la redondance des traits morphofonctionnels des espèces de la micro-méiofaune sélectionnées par la pression chimique. Ces travaux de thèse confirment l’importance de la complémentarité des échelles d’étude et des combinaisons de facteurs biotiques et abiotiques dans la recherche en écologie et écotoxicologie.

A phenotypic combination linked to a maximal value of demographic rate at local scale defines a functional local optimality. The goal of this thesis is to understand the linkage between this optimality, the abundances and coexistence of species within communities, using both observational and modelling approaches. We first illustrate how community weighted means are influenced by the regional distribution of functional traits and deviates from the functional optimality along environmental gradients, leading to biases of interpretation. To avoid such biases, we propose a method to explicitly infer the parameters of the environmental filtering using a mechanistic model. We apply this method to plant communities distributed along a successional gradient with the objective to assess the community assembly parameters. We then study the signature of functional optimality across different spatial scales, through the structure of bipartite networks composed of communities and species. The emergent coherence of the assemblages within the network allows characterizing functional pools of species. This has been illustrated using a database of French grassland communities. The distribution of species’ occurrences between regional pools defines a novel metrics of ecological specialization. We show that the distance to functional optimality of specialist and generalist species is function of their competitive and stress-tolerance abilities. Generalist species are in average better competitors distant from the local optimality regarding their competitive traits while specialist species express greater stress-tolerance. Finally, we assess the link between abundances and distance to optimality under the joint influence of stochastic dynamics, environmental filtering and competitive interactions, as a function of the contribution of functional traits to these mechanisms. Thanks to the use of various assembly models, this thesis defines the notion of optimality and assesses its functional signature across spatial scales. Applications to distinct types of communities illustrate the potential of mechanistic approaches towards a better assessment of ecological and biogeographical drivers of biodiversity patterns.; Une combinaison phénotypique associée à une valeur maximale de taux de croissance démographique au niveau local définit une optimalité fonctionnelle locale. L’objectif de cette thèse est de comprendre le lien entre cette optimalité, les abondances et la coexistence des espèces au sein d’une communauté, à partir de données observées et d’approches de modélisation. Nous montrons en premier lieu que la moyenne fonctionnelle locale, pondérée par les abondances relatives des espèces, dépend de la distribution fonctionnelle régionale et dévie de l’optimalité fonctionnelle le long de gradients environnementaux, entrainant des biais possibles d’interprétation. Pour éviter de tels biais, nous proposons une approche d’inférence évaluant explicitement les paramètres du filtre environnemental avec un modèle mécaniste, et l’appliquons pour évaluer l’assemblage de communautés végétales le long d’une succession écologique. Nous étudions ensuite la signature de l’optimalité fonctionnelle à différentes échelles spatiales, à travers la structure de réseaux bipartis de communautés et d’espèces. La cohérence émergente des assemblages au sein du réseau permet de caractériser des ensembles fonctionnels, comme cela est illustré pour des prairies en France métropolitaine. La distribution d’occurrences des espèces entre ensembles régionaux définit une métrique nouvelle de spécialisation écologique. Nous montrons que la distance à l’optimalité fonctionnelle locale des espèces spécialistes et généralistes est fonction de leurs capacités de compétition et de tolérance à des stress physiologiques. Les espèces généralistes sont ainsi en moyenne de meilleures compétitrices éloignées de l’optimalité locale tandis que les spécialistes sont de meilleures tolérantes au stress. Nous évaluons enfin le lien entre abondances et distance à l’optimalité sous l’influence conjointe de dynamiques stochastiques, du filtre environnemental et des interactions compétitrices, en fonction des contributions des traits fonctionnels à ces mécanismes. La thèse formalise via différents modèles d’assemblage la notion d’optimalité et caractérise la signature de l’optimalité fonctionnelle à différentes échelles spatiales. Les applications à plusieurs types de communautés d'organismes illustrent le potentiel des approches mécanistes pour mieux évaluer les processus écologiques et biogéographiques générateurs des motifs de biodiversité.

Le déclin actuel de la biodiversité a poussé un grand nombre d’études à s’intéresser aux relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La diversité intraspécifique est une facette centrale de la biodiversité qui permet aux espèces de s’adapter aux variations environnementales et dont l’importance écologique est de plus en plus examinée. A l’aide d’une méta-analyse synthétisant des données sur plusieurs espèces et écosystèmes, nous avons démontré qu’un changement de la diversité intraspécifique peut avoir des conséquences écologiques aussi fortes qu’un changement de la diversité spécifique. Ensuite, au travers d’études empiriques nous avons étudié la diversité fonctionnelle et trophique de populations sauvages de vairons (Phoxinus phoxinus), une espèce de poisson abondante en rivière. Une forte variabilité fonctionnelle et trophique a été montrée entre populations de vairons. Cette diversité était structurée de manière complexe du fait de l’action jointe des conditions environnementales, de facteurs évolutifs et des multiples liens existants entre les traits et la niche trophique. Par ailleurs, nous avons montré expérimentalement que les différences fonctionnelles entre populations de vairons pouvaient engendrer des conséquences écologiques aussi fortes qu’une augmentation de la température. De plus, des populations plus diversifiées génétiquement soutenaient des diversités spécifiques élevées puis augmentaient l’intensité des processus écosystémiques. Ces travaux mettent en évidence que la diversité intraspécifique est une composante essentielle de la biodiversité qui doit être considérée comme un facteur majeur affectant la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes

Current decline of biodiversity has led to many investigations on the relationship between biodiversity and ecosystem functioning. Diversity within species is a pivotal facet of biodiversity that allows species adapting to environmental conditions, and can have ecological effects. Using a meta-analysis synthetizing data across species and ecosystems, we showed that changes in intraspecific diversity can have ecological consequences as strong as changes in species diversity. Then, we empirically studied the functional and trophic diversity among wild populations of European minnows (Phoxinus phoxinus), a highly abundant freshwater species. We observed a high functional and trophic variability among populations, which was shaped by environmental conditions, evolutionary factors, and covariations linking traits and trophic niche among each other. Additionally, we experimentally demonstrated that functional variation among populations led to ecological consequences as strong as those of warming ecosystem. Finally, we uncovered that high genetic diversity within population sustained higher species diversity and higher rates of ecosystem processes. Overall, this thesis reveals that intraspecific diversity is a fundamental component of biodiversity that should be considered as a strong driver of community and ecosystem dynamics.; Le déclin actuel de la biodiversité a poussé un grand nombre d’études à s’intéresser aux relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La diversité intraspécifique est une facette centrale de la biodiversité qui permet aux espèces de s’adapter aux variations environnementales et dont l’importance écologique est de plus en plus examinée. A l’aide d’une méta-analyse synthétisant des données sur plusieurs espèces et écosystèmes, nous avons démontré qu’un changement de la diversité intraspécifique peut avoir des conséquences écologiques aussi fortes qu’un changement de la diversité spécifique. Ensuite, au travers d’études empiriques nous avons étudié la diversité fonctionnelle et trophique de populations sauvages de vairons (Phoxinus phoxinus), une espèce de poisson abondante en rivière. Une forte variabilité fonctionnelle et trophique a été montrée entre populations de vairons. Cette diversité était structurée de manière complexe du fait de l’action jointe des conditions environnementales, de facteurs évolutifs et des multiples liens existants entre les traits et la niche trophique. Par ailleurs, nous avons montré expérimentalement que les différences fonctionnelles entre populations de vairons pouvaient engendrer des conséquences écologiques aussi fortes qu’une augmentation de la température. De plus, des populations plus diversifiées génétiquement soutenaient des diversités spécifiques élevées puis augmentaient l’intensité des processus écosystémiques. Ces travaux mettent en évidence que la diversité intraspécifique est une composante essentielle de la biodiversité qui doit être considérée comme un facteur majeur affectant la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes

Chemical pollutions are stress factors for aquatic environment, the final receptor of microcontaminants (pesticides, medications, metals). Biofilm is an aquatic microecosystem in which short lifecycle microorganisms interact (bacteria, fungi, microalgae, micro-meiofauna) on a substrate. Seasonal (light, temperature) or anthropogenic factors (dissolved substances such as toxic pollutants) modify microalgae composition and also impact biological micro-meiofauna cycles. These environmental determinants diversely buid periphytic community all along the year, directly and indirectly in the complex species interaction network. Potential imbalance between biofilm components likely to be impacted by pollutants (target and non-target organisms) can threat structural and functional biofilm stability. In these thesis works, we studied imidacloprid (insecticide) and diuron (herbicide) effect on biotic relation maintained among periphytic microalgae and micro-meiofauna. These two pesticides are regularly detected in French rivers. Ecotoxicological tests at environmental concentration (5µg.L-1) were firstly realized on monospecies populations and then, on combinations of benthic micro-meiofauna (nematodes, chironomids) and microalgae (diatoms, chlorophyts). Biotic and chemical stress combination showed non-negligible effects on studied species, primary producers or consumers. By combining herbicide and insecticide impact on trophic relation, we can estimate how direct target pesticide effects, indirectly affect other inferior or superior trophic levels. To take in account the structuring influence of trophic relation, we discussed about periphytic community variability via the morphofunctional trophic activity traits approach. Micro-meiofauna morphofunctional traits database was created following Usseglio-Polatera et al. (2000) works on freshwater macroinvertebrates. Abiotic conditions which defined a habitat vary with season. Periphytic communities were submitted to seasonal variations and pesticide contamination. Results demonstrated that abiotic and biotic seasonal conditions have a bigger impact on biofilm functionality than pesticide contamination at tested concentrations. In case of pesticide contamination, little measured impacts can be explained by morphofunctional traits redundancy of micro-meiofauna species selected by chemical pressure. These thesis works highlight the importance of studied scales complementarity and biotic and abiotic factors combination in ecology and ecotoxicology research., Les pollutions chimiques sont des facteurs de stress pour le milieu aquatique qui est le réceptale final des microcontaminants (pesticides, médicaments, métaux). Le biofilm est un microécosystème aquatique dans lequel interagissent des microorganismes aux cycles de vie très court (bactéries, champignons, microalgues, micro-méiofaune) sur un substrat. Certains facteurs saisonniers (lumière, température) ou liés à l’anthropisation (substances dissoutes dont les polluants toxiques) modifient la composition de microalgues, et impactent également les cycles biologiques de la micro-méiofaune. Ces déterminants environnementaux façonnent diversement les communautés périphytiques au long de l'année, directement et indirectement au sein du réseau complexe d'interactions entre les espèces. Le déséquilibre potentiel entre les composantes susceptibles d'être impactées par des polluants (organismes cibles et non cibles) peut menacer la stabilité structurale et fonctionnelle des biofilms. Dans ces travaux de thèse nous avons étudié les effets de l’imidaclopride (insecticide) et du diuron (herbicide) sur les relations biotiques maintenues entre les microalgues et la micro-méiofaune des biofilms. Ces deux pesticides sont régulièrement détectés dans les rivières françaises. Des tests écotoxicologiques à des concentrations environnementales (5µg.L-1) ont d’abord été réalisés sur des populations monoespèces et des combinaisons de populations de micro-méiofaune (nématodes, chirnomes) et de microalgues benthiques (diatomées, algues vertes). La combinaison de stress biotique et chimique a un effet non négligeable sur les individus de notre étude, qu’ils soient producteurs primaires ou consommateurs. En combinant les impacts d’un herbicide et d’un insecticide sur une relation trophique, on peut estimer comment les effets directs de ces pesticides sur leur cible, peuvent indirectement, par le jeu des relations biotiques, affecter les individus des chaînons trophiques supérieurs et inférieurs. De manière à ne pas écarter l’influence structurante des relations trophiques, nous avons abordé la question de variabilité de la communauté périphytique par l’approche des traits morphofonctionnels liés à l’activité trophique. Pour ce faire, une base de données regroupant les traits morphofonctionnels de la micro-méiofaune a été créée, basée sur le modèle de la base des macroinvertébrés d’eau douce d’Usseglio-Polatera et al. (2000). Les conditions abiotiques qui définissent un habitat varient selon la saisonnalité. Des communautés périphytiques ont été soumises aux variations saisonnières puis à une contamination pesticide. Nos résultats ont démontré que les conditions abiotiques et biotiques saisonnières ont un impact plus fort sur la fonctionnalité du biofilm que la contamination pesticide aux concentrations testées. Les traits morphofonctionnels de la micro-méiofaune évoluent selon les conditions abiotiques saisonnières. En cas de contamination pesticide, le peu d’impact mesuré peut s’expliquer par la redondance des traits morphofonctionnels des espèces de la micro-méiofaune sélectionnées par la pression chimique. Ces travaux de thèse confirment l’importance de la complémentarité des échelles d’étude et des combinaisons de facteurs biotiques et abiotiques dans la recherche en écologie et écotoxicologie.

Decline in biodiversity and its impacts on ecosystem functioning are critical issues we are facing in the 21st century. Intensive agriculture is nowadays considered as one of the factors behind this decline, sparking off a societal desire toward an agroecological transition. Agroecology aims at integrating ecological functions into food production processes. Permanent grasslands are at the core of these issues, because of their essential roles in livestock feeding, but also because of their ability to harbor a rich biodiversity. Intensification of agricultural practices can modify plant and pollinator communities, but also interactions between these two trophic levels. Presently, the mechanisms behind these modifications are little studied, and even less with a functional trait-based approach as we propose in this PhD thesis. The goals of this PhD thesis are: 1) to study the effects of local land-use intensification on functional diversity of floral traits and their consequences on pollination function; 2) to study the relationships between functional diversity of floral traits and both taxonomic and functional diversities of pollinators; 3) to determine if hairiness and surface of pollinator face are good predictors of face pollen load. To do so, we selected 16 permanent grasslands belonging to a land-use intensification gradient in Moselle, France. We measured five floral traits belonging to three categories (cue/signal, exploitation barrier, reward) from plant species in the communities we followed. We established visual plant-pollinator interaction networks by catching foraging insects along transects. Finally, we measured insect body mass, as well as the surface and the hairiness of their face which were related to their face pollen load. Firstly, we found a significant effect of soil fertility on functional diversity of floral traits, but no effect of land-use intensification. While soil fertility is already known to influence functional diversity of vegetative traits, our results show for the first time an effect of soil characteristics on functional diversity of floral traits, that could be caused by exclusive competition. Moreover, an increase in functional diversity of floral traits results in an increase in plant-pollinator interaction frequency, a proxy of pollination function. This result is in congruence with the expected positive relationships between biodiversity and ecosystem functioning. We also found that an increase in functional diversity of nectar sugar production increases pollinator taxonomic richness but not functional diversity of their body mass. This result suggests the importance to maximize functional diversity of sugar production to maintain a high taxonomic diversity of pollinators, while pollinators face currently a global decline. Lastly, we showed an increase in face pollen load of pollinators with hairiness as well as surface of this body part, validating these two pollination effect traits for a set of wild plant species, while until now it was only done for a few cultivated plant species. This PhD thesis thus brings a unique perspective of cascading effects from local factors to pollination function in permanent grasslands., Le déclin de la biodiversité et son impact sur le fonctionnement des écosystèmes sont un enjeu majeur du XXIème siècle. L’agriculture intensive est aujourd’hui considérée comme l’un des facteurs responsables de ce déclin, suscitant une volonté sociétale pour une transition vers l’agroécologie. Celle-ci vise à intégrer les fonctions écologiques dans la production des biens agricoles. Les prairies permanentes sont au cœur de ces enjeux, étant à la fois essentielles pour l’alimentation du bétail, tout en pouvant abriter une forte biodiversité. L'intensification des pratiques agricoles peut modifier les communautés de plantes et de pollinisateurs et leurs interactions plantes-pollinisateurs. Actuellement, les mécanismes expliquant ces changements sont peu étudiés, encore moins avec une approche utilisant les traits fonctionnels comme celle que nous proposons dans cette thèse. Les objectifs de cette thèse sont : 1) d’étudier l’effet de l’intensification agricole locale sur la diversité fonctionnelle des traits floraux et les conséquences sur la fonction de pollinisation ; 2) d’étudier les relations entre diversité des traits floraux et diversités taxonomique et fonctionnelle des pollinisateurs ; 3) de déterminer si la pilosité et la surface de la face des pollinisateurs sont des bons prédicteurs de la quantité de pollen transporté. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons sélectionné en Moselle 16 prairies permanentes appartenant à un gradient d’intensification agricole. Nous avons mesuré cinq traits floraux appartenant à trois catégories (signal, barrière à l’exploitation, récompense) sur les espèces de plantes de nos communautés. Nous avons constitué des réseaux visuels d’interactions plantes-pollinisateurs en capturant les insectes butineurs le long de transects. Enfin, nous avons mesuré la masse de ces insectes ainsi que la surface et la pilosité de leur face que nous avons relié à la quantité de pollen qu’ils transportaient. Tout d’abord, nous avons montré que la fertilité du sol a une influence significative sur la diversité fonctionnelle des traits floraux mais pas l’intensification agricole. Alors que la fertilité du sol est connue pour influencer la diversité fonctionnelle des traits végétatifs, ces résultats sont les premiers à montrer un effet du sol sur la diversité fonctionnelle des traits floraux, et pourraient avoir comme origine un phénomène d’exclusion compétitive. L’augmentation de la diversité fonctionnelle des traits floraux augmente significativement la fréquence des interactions plantes-pollinisateurs, proxy de la fonction de pollinisation. Ces résultats sont en concordance avec les relations positives attendues entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes. L’augmentation de la diversité fonctionnelle de la production de sucre augmente significativement la richesse taxonomique des pollinisateurs mais pas la diversité fonctionnelle de leur masse corporelle, suggérant l’importance de maximiser la diversité fonctionnelle de la production de sucre pour maintenir une forte diversité taxonomique de pollinisateurs à l’heure où cette dernière connaît un déclin. Enfin, nous avons montré que la quantité de pollen transporté sur la face des pollinisateurs augmente significativement avec la surface et la pilosité de cette partie de leur corps. Ce résultat est une validation de ces deux traits d’effet pour la pollinisation à un ensemble d’espèces de plantes sauvages, là où ils n’étaient partiellement validés que pour quelques espèces de plantes cultivées. Cette thèse apporte donc une perspective unique sur les effets en cascade des facteurs locaux jusqu’à la fonction de pollinisation en prairie permanente.

Decline in biodiversity and its impacts on ecosystem functioning are critical issues we are facing in the 21st century. Intensive agriculture is nowadays considered as one of the factors behind this decline, sparking off a societal desire toward an agroecological transition. Agroecology aims at integrating ecological functions into food production processes. Permanent grasslands are at the core of these issues, because of their essential roles in livestock feeding, but also because of their ability to harbor a rich biodiversity. Intensification of agricultural practices can modify plant and pollinator communities, but also interactions between these two trophic levels. Presently, the mechanisms behind these modifications are little studied, and even less with a functional trait-based approach as we propose in this PhD thesis. The goals of this PhD thesis are: 1) to study the effects of local land-use intensification on functional diversity of floral traits and their consequences on pollination function; 2) to study the relationships between functional diversity of floral traits and both taxonomic and functional diversities of pollinators; 3) to determine if hairiness and surface of pollinator face are good predictors of face pollen load. To do so, we selected 16 permanent grasslands belonging to a land-use intensification gradient in Moselle, France. We measured five floral traits belonging to three categories (cue/signal, exploitation barrier, reward) from plant species in the communities we followed. We established visual plant-pollinator interaction networks by catching foraging insects along transects. Finally, we measured insect body mass, as well as the surface and the hairiness of their face which were related to their face pollen load. Firstly, we found a significant effect of soil fertility on functional diversity of floral traits, but no effect of land-use intensification. While soil fertility is already known to influence functional diversity of vegetative traits, our results show for the first time an effect of soil characteristics on functional diversity of floral traits, that could be caused by exclusive competition. Moreover, an increase in functional diversity of floral traits results in an increase in plant-pollinator interaction frequency, a proxy of pollination function. This result is in congruence with the expected positive relationships between biodiversity and ecosystem functioning. We also found that an increase in functional diversity of nectar sugar production increases pollinator taxonomic richness but not functional diversity of their body mass. This result suggests the importance to maximize functional diversity of sugar production to maintain a high taxonomic diversity of pollinators, while pollinators face currently a global decline. Lastly, we showed an increase in face pollen load of pollinators with hairiness as well as surface of this body part, validating these two pollination effect traits for a set of wild plant species, while until now it was only done for a few cultivated plant species. This PhD thesis thus brings a unique perspective of cascading effects from local factors to pollination function in permanent grasslands., Le déclin de la biodiversité et son impact sur le fonctionnement des écosystèmes sont un enjeu majeur du XXIème siècle. L’agriculture intensive est aujourd’hui considérée comme l’un des facteurs responsables de ce déclin, suscitant une volonté sociétale pour une transition vers l’agroécologie. Celle-ci vise à intégrer les fonctions écologiques dans la production des biens agricoles. Les prairies permanentes sont au cœur de ces enjeux, étant à la fois essentielles pour l’alimentation du bétail, tout en pouvant abriter une forte biodiversité. L'intensification des pratiques agricoles peut modifier les communautés de plantes et de pollinisateurs et leurs interactions plantes-pollinisateurs. Actuellement, les mécanismes expliquant ces changements sont peu étudiés, encore moins avec une approche utilisant les traits fonctionnels comme celle que nous proposons dans cette thèse. Les objectifs de cette thèse sont : 1) d’étudier l’effet de l’intensification agricole locale sur la diversité fonctionnelle des traits floraux et les conséquences sur la fonction de pollinisation ; 2) d’étudier les relations entre diversité des traits floraux et diversités taxonomique et fonctionnelle des pollinisateurs ; 3) de déterminer si la pilosité et la surface de la face des pollinisateurs sont des bons prédicteurs de la quantité de pollen transporté. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons sélectionné en Moselle 16 prairies permanentes appartenant à un gradient d’intensification agricole. Nous avons mesuré cinq traits floraux appartenant à trois catégories (signal, barrière à l’exploitation, récompense) sur les espèces de plantes de nos communautés. Nous avons constitué des réseaux visuels d’interactions plantes-pollinisateurs en capturant les insectes butineurs le long de transects. Enfin, nous avons mesuré la masse de ces insectes ainsi que la surface et la pilosité de leur face que nous avons relié à la quantité de pollen qu’ils transportaient. Tout d’abord, nous avons montré que la fertilité du sol a une influence significative sur la diversité fonctionnelle des traits floraux mais pas l’intensification agricole. Alors que la fertilité du sol est connue pour influencer la diversité fonctionnelle des traits végétatifs, ces résultats sont les premiers à montrer un effet du sol sur la diversité fonctionnelle des traits floraux, et pourraient avoir comme origine un phénomène d’exclusion compétitive. L’augmentation de la diversité fonctionnelle des traits floraux augmente significativement la fréquence des interactions plantes-pollinisateurs, proxy de la fonction de pollinisation. Ces résultats sont en concordance avec les relations positives attendues entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes. L’augmentation de la diversité fonctionnelle de la production de sucre augmente significativement la richesse taxonomique des pollinisateurs mais pas la diversité fonctionnelle de leur masse corporelle, suggérant l’importance de maximiser la diversité fonctionnelle de la production de sucre pour maintenir une forte diversité taxonomique de pollinisateurs à l’heure où cette dernière connaît un déclin. Enfin, nous avons montré que la quantité de pollen transporté sur la face des pollinisateurs augmente significativement avec la surface et la pilosité de cette partie de leur corps. Ce résultat est une validation de ces deux traits d’effet pour la pollinisation à un ensemble d’espèces de plantes sauvages, là où ils n’étaient partiellement validés que pour quelques espèces de plantes cultivées. Cette thèse apporte donc une perspective unique sur les effets en cascade des facteurs locaux jusqu’à la fonction de pollinisation en prairie permanente.

The convergent evolution in growth habit is a fundamental phenomenon linking plant ecology and evolution. Remarkably illustrated in island biotas, this phenomenon has never been identified in the original and megadiverse New Caledonian biodiversity hotspot. Through an approach combining plant architecture, functional traits, taxonomy, phylogeny and environmental data, this thesis analyses the evolutionary history of the scarcely known monocaulous growth habit in New Caledonia. Monocauls are self-supporting woody plants whose cardinal functions rely on a single visible stem. In New Caledonia, they are represented by 182 dicotyledonous species belonging to 41 genera and 30 families and are critically endangered. The repeated evolution of the monocaulie in New Caledonia, resulting from at least 31 independent events, is one of the most remarkable cases of convergence in insular environments. In the genus Atractocarpus (Rubiaceae), monocauly evolved recently two to three times through branch reductions into inflorescences, emphasizing the importance of heterochronic processes in the evolution of growth habit. Monocauly is strongly correlated with several traits illustrating major constraints in functional coordination. The evolution of monocauly is strongly associated with rainforests and ultramafic substrate, and seems to have contributed to the diversification of lineages by niche partitioning. The remarkable convergence toward monocauly in New Caledonia can be explained by four major hypotheses: (i) the structural features of rainforests (related to cyclone frequency and intensity) favoring unidirectional exploration of space, (ii) the edaphic constraints associated with ultramafic substrate favoring architectural pauperization, (iii) the historical absence of large native browsers to which monocauls are particularly sensitive, and (iv) the persistence of rainforest during – and spread-out after – glacial episodes that served as refugia and further provided ecological opportunities.; L’évolution convergente des formes de croissance est un phénomène fondamental reliant l’écologie et l’évolution des plantes. Remarquablement illustré dans plusieurs systèmes insulaires, ce phénomène n’a jamais été identifié en Nouvelle-Calédonie, pourtant connue pour la richesse et l’originalité de sa flore. Par une approche combinant architecture des plantes, traits fonctionnels, taxonomie, phylogénie et données environnementales, cette thèse analyse l’histoire évolutive de la monocaulie, une forme de croissance mal connue, en Nouvelle-Calédonie. Les monocaules sont des plantes autoportantes ligneuses dont les fonctions majeures sont assurées par une seule tige apparente. En Nouvelle-Calédonie, elles sont représentées par 182 espèces dicotylédones appartenant à 41 genres et 30 familles et sont gravement menacées d’extinction. L’évolution répétée de la monocaulie en Nouvelle-Calédonie, issue d’au moins 31 événements d’apparition, est l’un des cas les plus remarquables de convergence en milieu insulaire. Dans le genre Atractocarpus, la monocaulie est apparue récemment deux à trois fois via diverses réductions des branches en inflorescences, montrant l’importance des processus hétérochroniques dans l’évolution des formes de croissance. La monocaulie est fortement corrélée à plusieurs traits démontrant des contraintes majeures dans la coordination fonctionnelle. L’évolution de la monocaulie est fortement associée aux forêts denses humides et au substrat ultramafique, et semble avoir contribué à la diversification des lignées par des phénomènes de partitionnement de niche. La remarquable convergence de la monocaulie en Nouvelle-Calédonie peut s’expliquer par quatre hypothèses majeures liées (i) à la structure particulière des forêts denses humides (en lien avec les cyclones) favorisant l’exploration unidirectionnelle de l’espace, (ii) aux contraintes édaphiques liées aux substrats ultramafiques favorisant la paupérisation architecturale, (iii) à l’absence historique de grands brouteurs, auxquels les monocaules sont particulièrement sensibles, et (iv) à la persistance des forêts denses humides lors des épisodes glaciaires (servant de refuges pour ces espèces sensibles) et leur expansion post-glaciaire (fournissant de nombreuses opportunités écologiques).

The convergent evolution in growth habit is a fundamental phenomenon linking plant ecology and evolution. Remarkably illustrated in island biotas, this phenomenon has never been identified in the original and megadiverse New Caledonian biodiversity hotspot. Through an approach combining plant architecture, functional traits, taxonomy, phylogeny and environmental data, this thesis analyses the evolutionary history of the scarcely known monocaulous growth habit in New Caledonia. Monocauls are self-supporting woody plants whose cardinal functions rely on a single visible stem. In New Caledonia, they are represented by 182 dicotyledonous species belonging to 41 genera and 30 families and are critically endangered. The repeated evolution of the monocaulie in New Caledonia, resulting from at least 31 independent events, is one of the most remarkable cases of convergence in insular environments. In the genus Atractocarpus (Rubiaceae), monocauly evolved recently two to three times through branch reductions into inflorescences, emphasizing the importance of heterochronic processes in the evolution of growth habit. Monocauly is strongly correlated with several traits illustrating major constraints in functional coordination. The evolution of monocauly is strongly associated with rainforests and ultramafic substrate, and seems to have contributed to the diversification of lineages by niche partitioning. The remarkable convergence toward monocauly in New Caledonia can be explained by four major hypotheses: (i) the structural features of rainforests (related to cyclone frequency and intensity) favoring unidirectional exploration of space, (ii) the edaphic constraints associated with ultramafic substrate favoring architectural pauperization, (iii) the historical absence of large native browsers to which monocauls are particularly sensitive, and (iv) the persistence of rainforest during – and spread-out after – glacial episodes that served as refugia and further provided ecological opportunities.; L’évolution convergente des formes de croissance est un phénomène fondamental reliant l’écologie et l’évolution des plantes. Remarquablement illustré dans plusieurs systèmes insulaires, ce phénomène n’a jamais été identifié en Nouvelle-Calédonie, pourtant connue pour la richesse et l’originalité de sa flore. Par une approche combinant architecture des plantes, traits fonctionnels, taxonomie, phylogénie et données environnementales, cette thèse analyse l’histoire évolutive de la monocaulie, une forme de croissance mal connue, en Nouvelle-Calédonie. Les monocaules sont des plantes autoportantes ligneuses dont les fonctions majeures sont assurées par une seule tige apparente. En Nouvelle-Calédonie, elles sont représentées par 182 espèces dicotylédones appartenant à 41 genres et 30 familles et sont gravement menacées d’extinction. L’évolution répétée de la monocaulie en Nouvelle-Calédonie, issue d’au moins 31 événements d’apparition, est l’un des cas les plus remarquables de convergence en milieu insulaire. Dans le genre Atractocarpus, la monocaulie est apparue récemment deux à trois fois via diverses réductions des branches en inflorescences, montrant l’importance des processus hétérochroniques dans l’évolution des formes de croissance. La monocaulie est fortement corrélée à plusieurs traits démontrant des contraintes majeures dans la coordination fonctionnelle. L’évolution de la monocaulie est fortement associée aux forêts denses humides et au substrat ultramafique, et semble avoir contribué à la diversification des lignées par des phénomènes de partitionnement de niche. La remarquable convergence de la monocaulie en Nouvelle-Calédonie peut s’expliquer par quatre hypothèses majeures liées (i) à la structure particulière des forêts denses humides (en lien avec les cyclones) favorisant l’exploration unidirectionnelle de l’espace, (ii) aux contraintes édaphiques liées aux substrats ultramafiques favorisant la paupérisation architecturale, (iii) à l’absence historique de grands brouteurs, auxquels les monocaules sont particulièrement sensibles, et (iv) à la persistance des forêts denses humides lors des épisodes glaciaires (servant de refuges pour ces espèces sensibles) et leur expansion post-glaciaire (fournissant de nombreuses opportunités écologiques).

L’urbanisation est l’une des principales causes de l’homogénéisation biotique dans le monde. Ce mémoire de maîtrise vise à comprendre les effets de l’urbanisation et de l’historique de l’utilisation du paysage sur l’assemblage des communautés végétales dans les milieux humides non-riverains. L’inventaire floristique de 67 marais et marécages a été réalisé sur le territoire de Laval. La richesse taxonomique, la diversité fonctionnelle ainsi que la diversité bêta taxonomique et fonctionnelle ont été comparées selon le type de milieu humide (marais ou marécage), l’origine des espèces (indigène ou exotique), le niveau d’urbanisation (urbain ou rural) et l’historique d’utilisation du site (agricole ou naturelle). Aucun effet de l’urbanisation et de l’historique d’utilisation agricole du site n’a été détecté sur la richesse taxonomique et la diversité fonctionnelle, dont les principales différences étaient plutôt attribuables à l’origine des espèces et au type de milieu humide. L’urbanisation et l’historique d’utilisation agricole du site n’ont induit aucune différence au niveau de la diversité bêta, mais étaient associées à d’importants changements dans la composition en espèces et en traits des communautés. Alors que la composition floristique des marais était davantage influencée par le niveau actuel d’urbanisation au pourtour des sites, celle des marécages reflètait plutôt les effets des perturbations agricoles in situ passées. De façon générale, les espèces exotiques avaient un rôle homogénéisateur sur la flore. Globalement, mes résultats indiquent que la compréhension des impacts de l’urbanisation sur les communautés floristiques des milieux humides non-riverains nécessite l’intégration de plusieurs facteurs agissant à différentes échelles temporelles., Urbanization is one of the leading causes of biotic homogenization. This master aims at understanding the effects of urbanization and of land use legacy on vegetal community assembling processes in isolated wetlands. Floristic inventories were carried in 67 isolated wetlands (marshes and swamps) of Laval. Taxonomic richness, functional diversity as well as taxonomic and functional beta diversity were compared according to wetland type (marshes or swamps), species origin (indigenous or exotic), present-day urbanization (natural or urban) and land use legacy (wetland or agricultural). No impact of urbanization and former agricultural use was detected on the taxonomic richness and functional diversity, but these two parameters differed according to species origin and wetland type. As well, urbanization and former agricultural use did not induce differences in beta diversity but were associated with important shifts in taxonomic and functional community composition. While marshes were more influenced by actual urbanization, the composition of swamps rather reflected the effects of in situ past disturbances. Moreover, exotics contributed to homogenize plant communities, both taxonomically and functionnally. Overall, my results indicate that the impacts of urbanization on floristic communities of isolated wetlands call for the integration of multiple factors at different temporal scales.

Phenology and defence are key for the evolutionary and ecological successes of plants, by affecting their growth, survival and reproduction. Surprisingly, these two aspects of plant functioning are rarely integrated into a synthetic description of plant ecological strategies. Much effort has been devoted to the description of plant resource acquisition and use, reproductive capacities and stature, but we lack knowledge about how these are connected to phenology and defence. Therefore, plant traits commonly used in comparative analyses (leaf traits, plant height, seed mass…) and functional markers of phenology and defence have been used to characterize the phenotypic space occupied by plant species found in the Mediterranean region of southern France. The work is based on two types of approaches:(a) The synthesis of trait data collected during several independent experiments conducted in different Mediterranean sites. This resulted in the constitution of one of the first dataset describing the temporal sequence of reproductive events and their covariations in a large number of species differing in life cycles, pollination and dispersal modes. We found a clear association between the temporality of these phases and the strong seasonality of climatic conditions in the Mediterranean, especially in relation to water availability, with some variations between groups of species. Correlations between traits of the reproductive phenology phases suggest that species can be distributed along a fast-slow continuum of reproductive events. We also found relationships between reproductive phenology and other traits commonly used for the description of plant phenotypes in comparative analyses: the flowering date depends on plant height, the seed maturation period affects the seed mass and the drought intensity during seed production correlates with several leaf traits.(b) An experimental approach based on a more detailed description of the plant phenotype on a restricted number of species. This dataset includes measurements of leaf production rate and describes the dynamics of flower and seed production for 23 species. We tested the level of coordination between phenological phases and revealed some rarely tested correlations between vegetative and reproductive phenology. On these 23 species, plant defence was characterized by several biomechanical properties, morphological traits and fibre content of leaves. The leaf thickness, venation network and fibre content have a significant influence on leaf mechanical properties but their relative effects depend on the biomechanical test performed. Finally, we showed that biomechanical properties could be used to understand the links between the concepts of the growth-defence trade-off and the leaf economics spectrum.This study confirms the value of using phenological and defence traits in comparative approaches, putting back these two fundamental dimensions into the broader context of plant ecological strategies.; La phénologie et la défense affectent directement la croissance, la survie et la reproduction des plantes. Cependant, ces deux aspects sont rarement intégrés dans une description synthétique de leurs stratégies écologiques. Une grande attention a été portée aux dimensions de gestion des ressources, de reproduction ou encore de stature des végétaux, mais nous avons encore peu d'idées sur la façon dont s'articulent la phénologie et la défense par rapport à ces dimensions. Ainsi, les traits couramment mesurés (traits foliaires, hauteur, masse de graine, etc…) et des marqueurs fonctionnels de la phénologie et de la défense ont été utilisés pour caractériser l’espace phénotypique occupé par différentes espèces de la région méditerranéenne du sud de la France. Les travaux effectués combinent deux types d’approches :(a) une démarche de synthèse scientifique qui assemble et analyse des données issues de plusieurs expérimentations réalisées dans différents sites méditerranéens. Le jeu de données constitué est l’un des premiers à décrire la séquence temporelle des évènements reproductifs pour plus de 130 espèces représentant différentes formes de croissance et modes de pollinisation et de dispersion. Il nous a permis de montrer un fort effet de la saisonnalité du climat, en particulier de la disponibilité en eau, sur les patrons phénologiques, avec des variations selon les formes de croissance. Des corrélations entre les traits de la phénologie de la reproduction suggèrent l’existence d’un continuum lent-rapide décrivant les rythmes de développement chez les espèces considérées. Ces traits de phénologie reproductive ont été mis en relation avec plusieurs traits largement utilisés pour caractériser le phénotype en écologie comparative : la date de floraison dépend de la hauteur de la plante, la période de maturation d’une graine conditionne sa masse, et l’intensité de la sécheresse pendant la production de graines est corrélée à certains traits foliaires.(b) une démarche expérimentale fondée sur des mesures plus détaillées du phénotype d’un ensemble d’espèces plus restreint. Les données collectées ont permis de décrire en détail la dynamique de production de feuilles, fleurs et fruits au cours du temps chez 23 espèces et montrent leur degré coordination. Il révèle notamment des corrélations rarement testées entre la phénologie végétative et reproductive. Sur ces 23 espèces, la fonction de défense a été évaluée par la mesure de plusieurs caractéristiques biomécaniques, de traits morpho-anatomiques et de composition en fibre des feuilles. L’épaisseur des feuilles, leur système de nervation et leur teneur en fibres ont une influence significative sur les propriétés mécaniques des feuilles, mais l’importance relative de ces traits varie selon le test biomécanique réalisé. Enfin, nous avons montré que les traits biomécaniques permettaient de faire le lien entre les concepts du compromis croissance-défense et du syndrome d’économie foliaire.Nos travaux mettent en avant la pertinence d’utiliser des traits associés à la phénologie et à la défense comme axes de spécialisation des plantes dans les études comparatives, nous permettant de réévaluer leur importance dans la description des stratégies écologiques.

Tree communities vary at different spatial scales and are influenced by environmental factors. To understand the role of environmental factors in tree communities requires a scale-wise analysis. The overall objective of this study was to analyse the influence of environmental drivers (soil and climate) on three aspects of forest community structure (floristic patterns, tree height–diameter relationship and leaf functional traits) at regional (>100 km2) and local (0.5 km2) spatial scales.This study was conducted in Cameroon, Gabon and the Democratic Republic of the Congo, all belonging to the lowland (< 800 m) forests of Central Africa. At the regional scale, 133 non-contiguous permanent plots of one ha separated by at least 500 m were established in mature forests. Data from the 50 ha forest block were obtained for the local scale analysis. The later was split into 50 single one ha plots and each plot was subdivided into 25 quadrats of 20 m x 20 m. Ten soil and ten climatic variables were collected and analysed from 78 plots; five leaf functional traits (leaf area, specific leaf area, leaf phosphorus nitrogen content and nitrogen: phosphorus ratio) were measured only in Korup. Principal component analyses permitted to determine soil and climate gradients, and correspondence analysis with instrumental variables enabled to decompose their influence on floristic patterns. The Second-order polynomial model permitted to model tree height-diameter relationship while linear regression and correlation were employed for trait-gradient analysis with the help of R statistical software.At the regional scale in the moist forests of eastern Cameroon, floristic patterns were characterised by few “abundant species” (> one individual ha-1 per site) and by many “scarce species” (≤ one individual ha-1 per site). The gradients in soil composition (soil texture, phosphorus and organic fertility) explained 15.42 % (76/493) mostly scarce tree species while the climatic gradients (rainfall, temperature and precipitation seasonality) explained 26.37 % (130/493) mostly abundant tree species. Tree basal area and the climatic gradient improved the prediction of tree height with only 18.9 % model error as opposed to 20.2 % and 21.7 % model error from two existing pantropical height–diameter models (Chave and Feldpausch, respectively). The new height–diameter models also improved aboveground biomass prediction and revealed that the pantropical models consistently overestimated biomass by 25 and 55 Mg ha-1. At the local scale in Korup, soil fertility was the main gradient and significantly correlated with the leaf functional traits (leaf area, specific leaf area, leaf phosphorus and nitrogen contents). Up to 33 % of these traits were significantly either over-dispersed or under-dispersed (non-random distribution) confirming the influence of abiotic filtering by the soil fertility gradient.In the prospect of possible climate change, there may be a shift in species dominance for tree species in eastern Cameroon forests while the effects of soil on the scarce species pool may limit the risk of extinction. This study thus presents an improved height-diameter model to predict the heights of Central African forest trees by integrating the effects of some easy-to-retrieve ecological predictors. At the local scale, leaf functional traits reveal the effect of soil gradient in the distribution of species and community assembly., Les communautés d'arbres varient à différentes échelles spatiales et sont influencées par des facteurs environnementaux. Pour comprendre le rôle des facteurs environnementaux dans la structuration des communautés d'arbres, une analyse par échelles spatiales est nécessaire. L'objectif global de cette étude est d'analyser l'influence des facteurs environnementaux (sol et climat) sur trois aspects de la structure des communautés d'arbres, à savoir les patrons floristiques, les hauteurs des arbres et les traits fonctionnels foliaires, à échelle spatiale régionale (>100 km2) et locale (< 0,5 km2).Le présent travail a été mené dans les forêts de basses altitudes (< 800 m) de trois pays d'Afrique centrale : le Cameroun, le Gabon et la République Démocratique du Congo. Pour l‟analyse régionale, 133 parcelles permanentes d'un hectare, non contiguës et séparées d‟au moins 500 m, ont été établies en forêt mature. Pour les analyses à l‟échelle locale, les données ont été obtenues dans un bloc forestier de 50 ha localisé dans le parc national de Korup (Sud-ouest Cameroun). Ce dernier a été subdivisé en 50 parcelles d'un ha chacune. Pour tous les inventaires, les parcelles ont été subdivisées en 25 quadrats de 20 m x 20 m et tous les arbres de diamètre à hauteur de poitrine au moins égal à 10 cm ont été identifiés, mesurés et cartographiés. Dix variables du sol et dix variables climatiques ont été recueillies et analysées pour 78 parcelles ; cinq traits fonctionnels foliaires (surface foliaire, surface foliaire spécifique, teneur en phosphore et en azote des feuilles, rapport azote:/phosphore) ont été mesurés seulement pour le site de Korup. Les analyses en composantes principales ont été utilisées pour déterminer les gradients de sol et de climat, et l'analyse de correspondance avec des variables instrumentales a permis de décomposer leur influence sur les patrons floristiques. Le modèle polynomial de second degré a permis de modéliser la relation hauteur-diamètre de l'arbre, tandis que les analyses de régression linéaire et de corrélation ont été utilisées pour l'analyse de gradient-trait à l'aide du logiciel statistique R.A l'échelle régionale, les patrons floristiques dans les forêts humides de l'Est du Cameroun se caractérisent par quelques « espèces abondantes » (c.-à-d. avec une moyenne par site > un individu ha-1) et par de nombreuses « espèces rares » (c.-à-d. avec une moyenne par site ≤ 1 individus ha-1). Les gradients de fertilité (phosphore et matière organique) et de texture du sol expliquent la répartition de 15,42 % (76 / 493) des espèces, pour la plupart rares, alors que les gradients climatiques (température et la saisonnalité) expliquent la répartition de 26,37 % (130 / 493) des espèces, majoritairement qualifiées comme abondantes. L‟intégration dans le modèle de la surface terrière des arbres et du gradient climatique améliore la prédiction de la hauteur des arbres avec une erreur associée de 18,9 %, contre 20,2 % et 21,7 % d'erreur associée pour les deux modèles pantropicaux préexistants. Le nouveau modèle hauteur-diamètre proposé améliore également la prédiction de la biomasse aérienne alors que les deux anciens modèles pantropicaux ont tendance à surestimer la biomasse de 25 et 55 Mg ha-1. A l'échelle locale (Korup), la fertilité du sol est le gradient principal qui explique la distribution des espèces ; il est significativement corrélée aux traits fonctionnels foliaires mesurés (surface foliaire, surface foliaire spécifique, teneur en phosphore et en azote des feuilles). Jusqu'à 33 % de la distribution des traits était soit sur-dispersée soit sous-dispersée (une distribution non aléatoire), confirmant l'influence de la filtration abiotique par le gradient de fertilité du sol.Dans la perspective d'un éventuel changement climatique, ces résultats démontrent qu‟à l‟échelle régionale il pourrait y avoir un changement dans la dominance des espèces d‟arbres tandis que l‟influence marquée du sol sur la distribution d'espèces rares pourrait limiter le risque d'extinction de ces dernières. En outre, cette étude présente un modèle de hauteur-diamètre amélioré pour prédire les hauteurs et la biomasse des arbres d'Afrique centrale en intégrant certains prédicteurs écologiques faciles à obtenir. Enfin, il a été montré qu‟à l‟échelle locale l‟étude des traits fonctionnels foliaires peuvent révéler des processus de filtration abiotique par le gradient de fertilité du sol.

The process of urbanisation leads to a series of transformations and disturbances that may have consequences for wild plant communities. This thesis presents a study of the plant communities of ordinary grasslands distributed among three cities of western France: Angers, Nantes and La Roche-sur-Yon. Using both taxonomical and functional approaches, the aim is to analyse the variation in plant diversity and composition along landscape gradients, in particular those of urbanisation and habitat connectivity. Such grassland habitats appear to be diverse, despite a low number of exotic species. The urban-rural gradient structures such communities, in particular by strongly modifying species composition; and this despite an absence of variation in species richness or of homogenisation. These modifications in community structure are linked to traits for ecological requirements (for habitat, pH, humidity or light)or for adaptation to higher levels of disturbance in towns. These relationships vary according to species’ local or regional abundance, suggesting that other mecanisms accompany the filtering process. Taking into account three functional traits (height, SLA and phenology) measured in situ shows that the filtering process also has consequences at intraspecific level. Taken together, the results show how common species are assembled in response to ecological processes operating in urban environments and open up new perspectives and applications for the integration of grassland plant communities into biodiversity conservation objectives in urban areas; Le processus d’urbanisation conduit à un ensemble de transformations et perturbations qui peuvent avoir des conséquences sur la flore spontanée. Ce travail de thèse porte sur les communautés végétales des espaces herbacés ordinaires distribués au sein 3 aires urbaines de l’ouest de la France : Angers, Nantes et la Roche-sur-Yon. A travers deux approches, taxonomique et fonctionnelle, l’objectif est d’analyser les variations de diversités et de composition floristiques le long de gradients paysagers (notamment d’urbanisation et de connectivité des habitats). Ces milieux apparaissent diversifiés, tout en ne présentant qu’un faible nombre d’espèces exotiques. Le gradient urbain-rural structure les communautés, établissant notamment de fortes distinctions dans leurs compositions spécifiques, et ce, malgré l’absence de variations en terme de richesse et d’homogénéisation. Ces distinctions sont en lien avec des traits relatifs à leurs exigences écologiques (habitat, pH, humidité, lumière)et au niveau de perturbation plus élevé en ville. Ces relations varient malgré tout selon que l’on considère l’abondance locale ou régionale des espèces suggérant que d’autres mécanismes viennent s’ajouter à ces processus de filtre. La mesure in situ de trois traits fonctionnels (hauteur, SLA et phénologie) montre également l’importance de ce processus de filtre sur les espèces à un niveau intraspécifique. L’ensemble des résultats montre la façon dont ces espèces communes s’assemblent au regard des processus écologiques à l’oeuvre dans des environnements urbains, et permet d’ouvrir des perspect

The process of urbanisation leads to a series of transformations and disturbances that may have consequences for wild plant communities. This thesis presents a study of the plant communities of ordinary grasslands distributed among three cities of western France: Angers, Nantes and La Roche-sur-Yon. Using both taxonomical and functional approaches, the aim is to analyse the variation in plant diversity and composition along landscape gradients, in particular those of urbanisation and habitat connectivity. Such grassland habitats appear to be diverse, despite a low number of exotic species. The urban-rural gradient structures such communities, in particular by strongly modifying species composition; and this despite an absence of variation in species richness or of homogenisation. These modifications in community structure are linked to traits for ecological requirements (for habitat, pH, humidity or light) or for adaptation to higher levels of disturbance in towns. These relationships vary according to species’ local or regional abundance, suggesting that other mecanisms accompany the filtering process. Taking into account three functional traits (height, SLA and phenology) measured in situ shows that the filtering process also has consequences at intraspecific level. Taken together, the results show how common species are assembled in response to ecological processes operating in urban environments and open up new perspectives and applications for the integration of grassland plant communities into biodiversity conservation objectives in urban areas.; Le processus d’urbanisation conduit à un ensemble de transformations et perturbations qui peuvent avoir des conséquences sur la flore spontanée. Ce travail de thèse porte sur les communautés végétales des espaces herbacés ordinaires distribués au sein de 3 aires urbaines de l’ouest de la France : Angers, Nantes et la Roche-sur-Yon. A travers deux approches, taxonomique et fonctionnelle, l’objectif est d’analyser les variations de diversités et de composition floristiques le long de gradients paysagers (notamment d’urbanisation et de connectivité des habitats). Ces milieux apparaissent diversifiés, tout en ne présentant qu’un faible nombre d’espèces exotiques. Le gradient urbain-rural structure les communautés, établissant notamment de fortes distinctions dans leurs compositions spécifiques, et ce, malgré l’absence de variations en terme de richesse et d’homogénéisation. Ces distinctions sont en lien avec des traits relatifs à leurs exigences écologiques (habitat, pH, humidité, lumière) et au niveau de perturbation plus élevé en ville. Ces relations varient malgré tout selon que l’on considère l’abondance locale ou régionale des espèces suggérant que d’autres mécanismes viennent s’ajouter à ces processus de filtre. La mesure in situ de trois traits fonctionnels (hauteur, SLA et phénologie) montre également l’importance de ce processus de filtre sur les espèces à un niveau intraspécifique. L’ensemble des résultats montre la façon dont ces espèces communes s’assemblent au regard des processus écologiques à l’œuvre dans des environnements urbains, et permet d’ouvrir des perspectives appliquées quant à l’intégration de la flore des espaces herbacés dans les enjeux de biodiversité en ville.