UPThèses

L'urbanisation et la construction d'infrastructures de transports sont aujourd'hui la première cause de baisse de diversité. De par la perte d'habitat et la fragmentation du paysage qu'ils engendrent, ces ouvrages impactent les populations. Notre travail a cherché à évaluer, sur une espèce aux exigences écologiques complexes, les impacts prévisibles de la mise en place d'une Ligne à Grande Vitesse (LGV) et leurs conséquences. Nous avons étudiés la population d'Outarde canepetière Tetrax tetrax des Costières de Nîmes. A l'échelle de son aire de répartition, cette population fait figure d'exception : elle atteint localement des densités-records et développe des patterns de distributions jusqu'alors jamais rencontrés chez l'espèce. Nous avons cherché à identifier les variations locales de distribution et leur corrélation avec les paramètres d'habitat selon une grande gamme d'échelle spatiale, afin de modéliser les patterns de distribution attendus et les impacts prévisibles de la future infrastructure.

Face au déclin global de la biodiversité, de nombreux suivis de populations animales et végétales sont réalisés sur de grandes zones géographiques et durant une longue période afin de comprendre les facteurs déterminant la distribution, l’abondance et les tendances des populations. Ces suivis à larges échelles permettent de statuer quantitativement sur l’état des populations et de mettre en place des plans de gestion appropriés en accord avec les échelles biologiques. L’analyse statistique de ce type de données n’est cependant pas sans poser un certain nombre de problèmes. Classiquement, on utilise des modèles linéaires généralisés (GLM), formalisant les liens entre des variables supposées influentes (par exemple caractérisant l’environnement) et la variable d’intérêt (souvent la présence / absence de l’espèce ou des comptages). Il se pose alors un problème majeur qui concerne la manière de sélectionner ces variables influentes dans un contexte de données spatialisées. Cette thèse explore différentes solutions et propose une méthode facilement applicable, basée sur une validation croisée tenant compte des dépendances spatiales. La robustesse de la méthode est évaluée par des simulations et différents cas d’études dont des données de comptages présentant une variabilité plus forte qu’attendue (surdispersion). Un intérêt particulier est aussi porté aux méthodes de modélisation pour les données ayant un nombre de zéros plus important qu’attendu (inflation en zéro). La dernière partie de la thèse utilise ces enseignements méthodologiques pour modéliser la distribution, l’abondance et les tendances des rapaces diurnes en France.

L'effondrement des populations d'abeilles domestiques, observé à l'échelle mondiale depuis une vingtaine d'années, est particulièrement alarmant, provoquant le déclin de la filière apicole mais également celui d'un pollinisateur essentiel en milieu agricole. La conservation de l'abeille domestique et de l'apiculture en paysage agricole est donc actuellement un enjeu majeur pour de nombreux acteurs. L'intensification de l'agriculture, insufflée par la politique agricole européenne, est désignée comme une cause majeure dans le déclin de la biodiversité, dont les abeilles sauvages. De nombreuses études ont révélé que le manque de ressources florales est une cause majeure de ce déclin généralisé, mais de façon surprenante, cette cause n'est que très peu investiguée à l'heure actuelle pour l'abeille domestique. Plus généralement, l'écologie de l'abeille domestique en paysage agricole est mal connue. A l'interface entre écologie comportementale, évolutive et paysagère, l'objectif général de cette thèse est d'étudier l'influence conjuguée de l'intensification de l'agriculture et de la dynamique spatio-temporelle des ressources florales en paysage agricole sur (i) leur utilisation et (ii) l'histoire de vie des abeilles. L'originalité de cette étude provient de l'envergure spatiale et temporelle des données empiriques collectées à l'aide de vastes dispositifs de suivis tant au niveau individuel qu'au niveau des colonies. Les résultats obtenus confirment l'influence négative de l'intensification de l'agriculture sur l'écologie de l'abeille domestique. En effet, la dynamique des ressources dominées par trois cultures majeures que sont le colza, le tournesol et le maïs, provoque l'apparition d'une déplétion d'approvisionnement en pollen et nectar. Des ressources aujourd'hui marginalement présentes en paysage agricole intensif telles que les zones boisées et les adventices jouent un rôle prépondérant dans le régime alimentaire des abeilles, pouvant contrer l'intensité de cette déplétion d'approvisionnement. Par des mécanismes a priori adaptatifs, les colonies et les individus adaptent leurs comportements et histoire de vie en réponse à la déplétion d'approvisionnement. Cependant, ces mécanismes de compromis d'allocation des ressources ont un coût important et aboutissent à un affaiblissement des colonies, qui se traduit par la mortalité hivernale des colonies d'abeilles domestiques. Cette étude révèle empiriquement l'importance de la dynamique des ressources dans les causes du déclin de l'abeille domestique, et évoque la présence d'une disette alimentaire en céréaliculture intensive. Ces résultats sont discutés dans l'optique de concevoir des mesures de conservation de l'abeille domestique, de l'apiculture et du service de pollinisation en paysage agricole intensif, afin de limiter les stress environnementaux pour les abeilles tels que le manque de ressources florales et l'exposition aux pesticides.

Le contrôle des ravageurs est l'un des principaux services éco-systémiques rendus par la biodiversité à l'agriculture. Les communautés d'insectes auxiliaires, hébergées par les espaces agricoles présentent des niveaux de diversité, spécifique et fonctionnelle, élevés et leurs biologie et traits de vie sont bien décrits et étudiés. Ces communautés constituent donc un excellent modèle pour aborder des questions d'intérêt à la fois fondamental et appliqué sur les mécanismes à l'origine de la biodiversité et sur l'impact de la biodiversité sur l'approvisionnement en services éco-systémiques. Dans cette thèse, nous développons une combinaison originale d'approches classiques et d'approches moléculaires de pointe pour élucider les relations trophiques au sein de la communauté de coléoptères carabiques en milieu agricole. Les coléoptères carabiques peuvent contribuer de façon significative au service de contrôle biologique mais les mécanismes généraux conditionnant cette contribution restent encore difficiles à évaluer par manque d'approche systémique pour l'analyse de leurs réseaux d'interactions. L'étude sans a priori du régime alimentaire de la communauté de carabes dans un paysage agricole typique révèle un partitionnement de la ressource entre groupes d'espèces. L'étude expérimentale des interactions entre espèces avec un régime alimentaire similaire montre une différentiation des activités spatio-temporelles à fine échelle. D'un point de vue fondamental, ces résultats semblent démontrer la prépondérance des processus déterministes (partage de niche) par rapport aux processus neutres (stochasticité environnementale) pour expliquer la coexistence des espèces. D'un point de vue appliqué, l'importance de la ressource dans la structuration des communautés de carabes fournit un levier d'action potentiel pour l'élaboration de stratégies de gestion afin d’optimiser leur fonction de régulateurs naturels.

La quantité et la qualité de la ressource alimentaire varient dans le temps et dans l'espace sous l'influence des conditions environnementales. Il est à présent reconnu qu'une diminution de cette ressource est à l'origine d'un déclin pour bon nombre d'espèces granivores inféodées aux milieux cultivés. Face à cette hétérogénéité, les individus mettent en place différentes stratégies individuelles ou collectives pour garantir leurs besoins énergétiques. Dans ce contexte, ce travail s'est attaché à comprendre les stratégies mise en place chez une espèce aviaire caractéristique des agrosystèmes. L'étude expérimentale du compromis alimentation/prédation révèle l'importance de variables environnementales, liées à la ressource, à la taille du groupe ou encore au risque de prédation sur leurs gains énergétiques des individus. Plus étonnamment, nos résultats ont mis en évidence des différences sexuelles dans les stratégies d'acquisitions d'énergie. Les choix effectués par les individus dans la réalisons de ce compromis ont des conséquences sur la sélection de l'habitat. L'étude de la réponse agrégative a ainsi souligné l'impact du type de culture ou de variables paysagères dans l'utilisation de l'habitat. Enfin, une étude sur le sex-ratio en fonction de la latitude en France a pu mettre en évidence une ségrégation spatiale entre les sexes, avec une forte proportion de mâles au nord, et un rééquilibrage vers le sud. Cette ségrégation sexuelle a pu être mise en relation avec des capacités physiologiques différentes (dépenses énergétiques et hypothermie), soulignant une plus forte tolérance des mâles aux faibles températures hivernales rencontrées dans les latitudes plus élevées.

Les Procellariiformes sont des oiseaux marins présentant des caractéristiques les rendant particulièrement attractifs pour la recherche. Ces oiseaux constituent le groupe d'oiseaux marins le plus diversifié et probablement le plus menacé, 44.7% des espèces de Procellariiformes étant classées Vulnérables ou En Danger d'Extinction par l'UICN. Comme d'autres oiseaux marins, les Procellariiformes constituent des modèles fascinants pour l'étude des patrons de différentiation des populations et des espèces puisqu'étant confrontés à l'action de forces évolutives opposées : d'un côté leur extrême mobilité leur permet de disperser très loin, ce qui est supposé permettre et augmenter le flux de gènes entre populations et donc atténuer la différentiation des populations ; de l'autre côté, étant extrêmement philopatriques ils reviennent généralement se reproduire dans leur colonie de naissance, une caractéristique censée promouvoir la différentiation des populations. Ajoutées au fait qu'ils vivent dans l'océan, ces caractéristiques les rendent particulièrement intéressants pour étudier les processus de différentiation en l'absence de barrières physiques aux flux de gènes. Par ailleurs, la taxonomie et les relations phylogénétiques chez les Procellariiformes sont complexes et mal établies, entre autres en raison de l'action opposée des forces évolutives citées précédemment. Les limites d'espèces et la taxonomie de cet ordre ont donc continuellement changé au fil des années. Au cours des 20 dernières années, les développements observés dans le domaine de la biologie moléculaire ont fournis des outils de plus en plus puissants pour élucider certaines incertitudes phylogénétiques, comprendre les patrons phylogéographiques observés et avoir une meilleure compréhension des processus promouvant la différentiation des populations chez ces oiseaux. Ces outils permettent aussi de mieux comprendre la structuration des populations et les relations entre ces dernières ce qui peut grandement aider à la définition des actions de conservation entreprises pour ces organismes et à leur ordre de priorité. Dans cette thèse, à l'aide d'outils de biologie moléculaire, j'ai étudié les relations phylogénétiques et la phylogéographie de plusieurs taxons de la famille des Procellariidae, la plus riche en espèce chez les Procellariiformes. Cette étude à portée sur deux niveaux taxonomiques : premièrement, au niveau générique, cette étude décrit les relations phylogénétiques du genre Pseudobulweria, probablement le genre d'oiseaux marins le plus menacé au monde ; deuxièmement, au niveau du taxon et des populations l'accent a été porté sur les ptérodromes de Macaronésie et sur le pétrel de Gould, en particulier concernant les relations entre ses sous-espèces australiennes et néo-calédoniennes. L'utilisation d'analyses multilocus pour chacune de ces investigations a permis d'améliorer notre compréhension et connaissances des ces taxons : chez Pseudobulweria la construction d'un " arbre d'espèce " a permis de définir les relations phylogénétiques au sein du genre et de résoudre la question du statut taxonomique du pétrel de Beck ; chez les ptérodromes de Macaronésie, j'ai montré que la séparation des trois taxons est beaucoup plus récente que précédemment estimée et que ces populations doivent être considérées comme des Unités Evolutives Significatives ; chez le pétrel de Gould, cette étude a montré que les deux sous espèces ne sont pas différenciées génétiquement et que ces deux lignées ne sont pas séparées. L'ensemble de ces résultats obtenus par l'utilisation de plusieurs gènes nucléaires en plus de gènes mitochondriaux souligne l'importance de ce type d'approche pour l'étude des patrons phylogénétiques et phylogéographiques pour les comprendre dans toute leur complexité.