UPThèses

La diversité génétique est un élément majeur pour l'évolution des espèces dans un environnement changeant. Chez les isopodes Armadillidium vulgare et Porcellionides pruinosus, l'infection par Wolbachia engendre une féminisation des mâles pouvant entraîner des sex-ratios fortement biaisés en faveur des femelles. Cela réduit la taille efficace des populations infectées qui peut provoquer une réduction de la diversité génétique. Cependant, chez A. vulgare, il existe un maintien de cette diversité qui pourrait être dû à des prévalences trop faibles de Wolbachia pour impacter les populations ou à d’autres facteurs comme par exemple lors de la reproduction un choix préférentiels des mâles pour les femelles génétiques. Un suivi des prévalences de Wolbachia dans des populations naturelles d’A. vulgare a été réalisé sur plusieurs années à partir d’une nouvelle méthode basée sur le génotypage. Les résultats montrent (i) des infections multiples de Wolbachia et (ii) des prévalences faibles pour wVulM, wVulC et wVulP. La présence d'un second facteur féminisant appelé f est suspectée dans de nombreuses populations. A l’échelle individuelle, Wolbachia semble avoir un impact sur le nombre de multi-paternités puisque les femelles génétiques s’accouplent avec plus de mâles que les néo-femelles. Les faibles prévalences de Wolbachia et les accouplements multiples permettent de maintenir une diversité génétique importante au sein des populations d’A. vulgare. Chez P. pruinosus, les prévalences de Wolbachia sont élevées et on observe de forts taux de consanguinité. Cependant, ces taux pourraient également résulter de fluctuations d’effectifs dans ces populations liées à un habitat spécialisé et peu stable.

La chute de la biodiversité actuelle est le résultat des changements globaux et notamment du changement climatique. Elle contribue à amplifier les effets des changements globaux sur les écosystèmes. Bien que l’évaluation des impacts du changement climatique sur la distribution des espèces soit largement étudiée à de larges échelles, l’évaluation à l’échelle nationale, régionale ou même départementale est moins systématique bien qu’elle soit la plus appropriée pour être prise en compte dans les stratégies de conservation. Afin d’évaluer la vulnérabilité d’espèces emblématiques des zones humides au changement climatique, nous avons construit des scénarios de distribution en utilisant des approches basées sur la modélisation de niche écologique. Nous nous sommes intéressés aux amphibiens, organismes ectothermes présentant un mode de vie à la fois aquatique et terrestre et de faibles capacités de dispersion, qui sont fortement menacés par les activités humaines et le changement climatique. Nous avons évalué les impacts potentiels du changement climatique sur la distribution du sonneur à ventre jaune Bombina variegata, du triton crêté Triturus cristatus, de la rainette arboricole Hyla arborea, et de la rainette méridionale Hyla meridionalis, en estimant les interactions entre la présence des espèces et les facteurs environnementaux et en évaluant les effets des changements climatique et d’occupation du sol sur la distribution potentielle des espèces à l’échelle régionale. Puis, nous nous sommes intéressés aux effets de scénarios de changement climatique sur la distribution potentielle et la connectivité des habitats favorables chez le triton marbré Triturus marmoratus et T. cristatus à l’échelle du département de la Vienne. Enfin, nous avons évalué la capacité de T. marmoratus à suivre un potentiel déplacement des zones favorables dû au changement climatique, dans un contexte de changements d’occupation du sol à l’échelle nationale. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à une autre espèce emblématique des milieux humides et des cours d’eau, l’écrevisse à pattes blanches Austropotamobius pallipes. Ainsi, nous avons modélisé l’impact du changement climatique sur la distribution de l’espèce en prenant en compte explicitement la distribution d’une espèce invasive et compétitive, l’écrevisse signal Pacifastacus leniusculus. Les projections pour les conditions futures ont été réalisées à partir de scénarios de réchauffement climatique basés sur des grandes trajectoires de forçage radiatifs nommées RCP (Representative Concentration Pathways). Nos études ont permis de mettre en évidence que le changement climatique risque d’entrainer une contraction des aires de répartition ainsi qu’un potentiel déplacement des aires favorables de la plupart aux espèces étudiées, avec un impact plus ou moins important selon l’espèce et le scénario de changement climatique considéré. Par ailleurs, nous avons montré l’importance de l’occupation du sol pour l’atténuation des effets du changement climatique sur la distribution des espèces. Suite à la prise en compte des incertitudes et des limites relatives aux différentes études, les résultats des travaux présentés pourront être utiles à la conservation, à la gestion et à l’évaluation des espèces étudiées, et être reproduits pour d’autres espèces de zones humides.

Les changements d’occupation des sols d’origine anthropique entrainent une fragmentation des habitats et représentent l’une des principales menaces pour la biodiversité. En effet, cette fragmentation se traduit par la diminution de la surface des habitats, de leur disponibilité et de leur connectivité. Dans ce contexte, la Trame Verte et Bleue, adoptée en France, vise à identifier les réservoirs de biodiversité et leurs corridors écologiques afin de maximiser la fonctionnalité des réseaux écologiques. Néanmoins, cette mesure est basée sur des modélisations cartographiques dont la résolution spatiale et thématique, bien qu’adéquate à l’échelle régionale, ne permettent pas de prendre en compte l’hétérogénéité spatiale des paysages complexes tels que les milieux urbains. Par ailleurs, cette approche ne considère pas la dynamique temporelle du paysage, pourtant importante dans les processus écologiques. Dans un premier temps, le but de ma thèse a été de construire une représentation actuelle du territoire à très haute résolution spatiale (THRS) à partir de la compilation de données spatiales institutionnelles en libre accès. Malgré la forte résolution spatiale et thématique de cette première cartographie notamment en milieu rural, la végétation urbaine, source de biodiversité, restait sous-estimée. Ainsi, nous avons développé une méthodologie alliant SIG et télédétection afin de caractériser et différencier la végétation arborée et herbacée en milieu urbain à THRS. Dans un deuxième temps, cette approche a permis de mettre en évidence l’importance de la précision cartographique dans la modélisation des connectivités paysagères (i.e., réseaux écologiques) en milieux urbains. Ces approches ont ensuite été utilisées pour reconstruire les paysages anciens à THRS afin de comprendre l’impact des changements spatio-temporels du paysage sur la connectivité écologique. Ces modèles de connectivité ont été validées à partir de données d’occurrence d’espèces spécialistes. Les bases de données créées et les méthodologies développées durant cette thèse représentent des informations précieuses et transdisciplinaires dans l’aménagement du territoire pour la conservation de la biodiversité.

L'Ecrevisse à pattes blanches ou Austropotamobius pallipes est un des organismes sentinelles des rivières françaises dont le déclin accompagne la dégradation progressive des masses d'eau superficielle. Les programmes de repeuplement pour la conservation de l'espèce s'inscrivent dans le cadre de la restauration écologique et de la surveillance de la bonne qualité des milieux. Pour leur réussite, il est nécessaire de pouvoir évaluer le potentiel d'un site à être repeupler. En ce sens, le présent travail a proposé l'emploi des éphéméroptères et de la matière organique comme indicateurs. L'étude a été menée sur des ruisseaux de têtes de bassin des Deux-Sèvres qui constituent encore des sites à A. pallipes. La présence de certaines familles d'éphéméroptères (Leptophlebiidae) est corrélée avec la présence de cette écrevisse. Ces indicateurs biologiques ont prouvé leur efficacité dans le cadre de campagne de repeuplements réussis. Les propriétés de fluorescence de la matière organique expriment le fonctionnement des milieux et par extension leur qualité. Un modèle statistique bâti sur ces propriétés permet également de prédire la probabilité de présence ou d’absence d’A. pallipes pour un site donné. Les deux indicateurs proposés dans ce travail ont montré leur potentiel pour servir d'outil à la réintroduction de cette espèce.

Les invasions biologiques de crustacés représentent une sérieuse menace pour les espèces natives d'Europe. Ma thèse porte sur les écrevisses non-indigènes introduites en Europe et sur leur parasite Aphanomyces astaci, le pathogène de la peste de l'écrevisse. Les chapitres I-V portent sur la diversité génétique des écrevisses d'Amérique du Nord. Nous avons montré que chez deux espèces avérées invasives, la variabilité génétique varie significativement. Orconectes limosus a été introduite en Europe probablement en une seule fois, avec peu d'individus. La variabilité de l'ADN mitochondrial en Europe est relativement basse (chapitre I), même si une variation modérée des marqueurs nucléaires dans ses populations d'Europe centrale (chapitre II). Par contre, Pacifastacus leniusculus a été introduite en plusieurs fois, avec un grand nombre d'individus. Ses populations européennes sont génétiquement très diverses (chapitre III). Le chapitre V montre que la méthode du code barres génétique est utile pour une identification des nouvelles espèces introduites en Europe. Le parasite A. astaci est apparu en Europe en 1859 et a largement réduit les populations d'écrevisses natives. Les écrevisses d'Amérique du Nord peuvent être porteuses du pathogène et le transmettre aux espèces européennes. Les informations sur l'infestation par A. astaci chez les écrevisses invasives sont donc importantes pour la protection des espèces natives. Dans le chapitre VI, nous confirmons que P. leniusculus est un réservoir du pathogène en France et représente un danger sérieux pour les espèces natives. Dans le chapitre VII, nous validons que la méthode de real-time PCR est très appropriée pour la détection du pathogène.

Le nombre d’invasions biologiques détectées dans le monde est en constante augmentation, en raison de la mondialisation. Les écrevisses, utilisées en aquaculture et très appréciées en aquariophilie, sont une belle illustration de ce phénomène. Parmi elles, l’écrevisse bleue Cherax quadricarinatus, d’origine australienne, est une espèce phare en aquaculture, en milieu tropical. De ce fait, elle a été transloquée dans de nombreux pays à travers le monde, dont la Martinique, où elle a été introduite au début des années 2000, pour redynamiser le secteur aquacole. Vendue vivante et très appréciée par les locaux, elle a été relâchée dans les rivières et a commencé à coloniser des bassins versants entiers, sans pour autant connaître précisément sa distribution. La Martinique est un territoire insulaire, appartenant à l’un des hotspots de biodiversité les plus riches du monde et les conséquences d’une telle invasion sur l’écosystème et les communautés locales doivent être appréhendées. Le développement de la technique ADN environnemental a permis, dans un premier temps, de préciser son aire de répartition. Parmi les 90 sites inventoriés, répartis sur 53 cours d’eau (parmi les 60 permanents de Martinique), l’écrevisse a été détectée sur 23 rivières. L’étude de la diversité génétique a révélé l’existence de plusieurs haplotypes, provenant probablement de plusieurs événements d’introduction. L’analyse des isotopes stables (ici azote δ15N et carbone δ13C) de la chaine trophique, a permis de caractériser les impacts de C. quadricarinatus sur les communautés locales : il semblerait que l’écrevisse occupe une place plutôt basse dans la niche trophique, caractérisant un régime alimentaire omnivore, à tendance herbivore. Des changements ontogénétiques ont également été observés, avec une alimentation différente selon les différents stades de vie. Les comparaisons des structures de niche trophique entre les zones envahies et les zones non-envahies ont montré un impact significatif sur les espèces de crevettes autochtones, par un phénomène d’exclusion compétitive. Aux vus de sa forte propagation depuis son introduction, la lutte contre cette espèce exotique envahissante parait compliquée. La pêche intensive ne peut régler cet épineux problème d’autant plus, que le contexte écotoxicologique local rend cette pratique non recommandable. En effet, les rivières Martiniquaises sont contaminées par le chlordécone, un pesticide largement utilisé jusqu’en 1993 dans les Antilles Françaises, provoquant l’interdiction de la pêche en rivière, par arrêté préfectoral. Nos expériences menées ont montré des taux de chlordécone importants dans les tissus abdominaux des écrevisses, dépassant largement les limites maximales fixées par l’Agence Régionale de Santé. Des expériences de décontamination de ces produits de pêche ont été menées, mais ceci ne semble pas être une alternative suffisamment efficace.