Abstract: Mes travaux de recherche portent sur la caractérisation de l’hétérogénéité, précisément des structures spatiales et de la diversité. J’ai développé de nouvelles mesures de la structure spatiale appliquées principalement en économie géographique et des mesures de diversité appliquées principalement à la biodiversité des arbres. Le fil directeur de ces travaux méthodologiques est de construire des mesures correspondant à une réalité physique, facilement compréhensible, pouvant être utilisées ensuite pour comprendre sans ambiguïté les processus économiques ou écologiques concernés.
Mon projet de recherche à moyen terme consiste à combiner les deux approches pour caractériser la diversité explicitement dans l’espace et dans le temps, et à étendre mes méthodes à d’autres objets (diversité microbienne par exemple) plus complexes. Au-delà de ces travaux méthodologiques, mon objectif à plus long terme est d’aller vers la modélisation des processus générant les patrons de diversité.

Abstract: L’objectif de cette thèse est d’étudier les processus d’assemblage responsables de la structuration spatiale des communautés d’arbres à une échelle locale en forêt tropicale et plus particulièrement en Guyane française. L’utilisation de patrons spatiaux est répandue afin d’inférer les processus d’assemblage. L’hypothèse sous-jacente est que les patrons gardent une empreinte spatiale des différents processus. Cependant le lien patron-processus est controversé principalement car (i) différents processus peuvent conduire à des patrons similaires et (ii) la causalité n’est pas évidente du fait que de multiples processus interagissent dans l’espace et le temps et qu’ils peuvent avoir des signatures spatiales antagonistes ou confondues, pouvant masquer les effets de chacun sur le patron final étudié. C’est dans ce contexte que nous proposons une approche intégrative afin d’améliorer l’inférence des processus d’assemblage. Cette approche consiste dans un premier temps à étudier les distributions d’abondance et de performance des arbres dans une analyse espèce par espèce, afin de caractériser la distribution des espèces par rapport à leur niche. Cette approche consiste ensuite à tester l’implication des processus d’assemblage à partir de patrons de diversité au niveau de la communauté entière (i) en considérant les trois facettes de la diversité, (ii) à différentes échelles spatiales et (iii) en tenant compte de l’hétérogénéité environnementale qui structure une majorité d’espèces. L’étude de la distribution d’abondance face à l’altitude relative par rapport au cours d’eau le plus proche a permis de mettre en évidence une forte association d’habitat le long de ce gradient, pour la majorité des espèces communes. Comme le gradient d’altitude relative représente un proxy de l'hydrologie et de la fertilité des sols, la distribution contrastée des espèces le long de ce gradient altitudinal suggère l'importance du filtrage environnemental quant aux propriétés hydrologiques et chimiques des sols. Cependant, cette distribution d’abondance contrastée le long du gradient altitudinal ne concorde ni avec une distribution différentielle de performance face au même gradient ; ni avec une analyse significative des patrons de diversité fonctionnelle face à ce même gradient. L’importance du filtrage environnemental, face aux propriétés hydrologiques et chimiques des sols, est alors remise en cause. Enfin, nos résultats suggèrent que les distributions d’espèces puissent être influencées par la dynamique forestière en lien avec les chutes d’arbres et donc avec la disponibilité en lumière. Cette hypothèse est cohérente avec l’observation d’une forte association d’habitat le long du gradient d’altitude relative puisqu’il y a une plus forte fréquence de chute d’arbres dans les bas-fonds par rapport aux plateaux. De plus, l’importance de la limitation de dispersion mise en évidence sur ce site pourrait renforcer de tels patrons. Bien que l’on ait développé l’approche intégrative afin d’améliorer l’inférence des processus et qu’on l’ait validée via des patrons de diversité simulés, l’inférence n’est pas toujours évidente face à la complexité des écosystèmes étudiés.

Abstract: L’Humanité est en train de transformer les paysages de la Terre à une échelle et à des taux encore inégalés. Les invasions biologiques sont l’une des conséquences de ces perturbations anthropiques et engagent souvent des enjeux socio-économiques importants. Ces invasions peuvent également modifier la structure et le fonctionnement des écosystèmes investis, conduisant parfois à des bouleversements écologiques. Le moustique Aedes (Stegomyia) aegypti (Linnaeus 1762) a été introduit dans les Amériques depuis le continent africain il y a environ 400 ans. Actuellement, cette espèce est la principale responsable des épidémies de dengue et de chikungunya dans la zone pantropicale et sa large répartition a très probablement joué un rôle important dans l’expansion récente du virus Zika. La biologie d’Ae. (Stg.) aegypti est particulièrement bien connue, ce qui n’est pas le cas de son écologie, en particulier de ses interactions avec les communautés résidentes. En adoptant une démarche pluridisciplinaire je me suis intéressé à la
contribution relative des facteurs biotiques et abiotiques ainsi que de certains processus évolutifs dans la distribution de cette espèce à différentes échelles en Guyane française. Dans un premier temps j’ai participé à la révision des connaissances fondamentales sur la diversité des moustiques de Guyane. En alliant la taxonomie classique et moléculaire, cette étape a permis de découvrir plusieurs nouvelles espèces et de mettre en place des outils adaptés à la gestion de ce type de données, notamment pour une utilisation future. Dans un second temps la structuration spatio-temporelle des communautés résidentes de
macro-invertébrés aquatiques a été étudiée en milieu urbain. Cela a permis de mettre en évidence l’existence d’interactions antagonistes et mutualistes avec les taxons des communautés résidentes. En particulier, le moustique autochtone Limatus durhamii Theobald 1901 semble empêcher l’établissement durable d’Ae. (Stg.) aegypti dans les milieux faiblement urbanisés via un mécanisme d’exclusion compétitive. Cependant, il apparaît que les interactions avec les communautés résidentes demeurent relativement limitées dans l’espace et dans le temps. À travers l’étude de la spécialisation d’hôtes chez les moustiques associés aux phytotelmes, cette étude suggère que l’histoire évolutive des espèces autochtones pourrait fortement influencer la diversité et la composition des communautés urbaines actuellement en place.

Abstract: Les forêts tropicales humides sont les plus diversifiés et les plus complexes écosystèmes connus, elles sont des sources essentielles de nourriture, de bois et de substances médicinales, et elles jouent un rôle majeur dans la régulation climatique. Pourtant, ces écosystèmes sont menacés et une augmentation des connaissances sur leurs processus dynamiques est nécessaire afin de les préserver efficacement. La présente étude a pour objectif d’utiliser la technologie LiDAR afin d’établir un indice de lumière suffisamment précis pour caractériser le micro-environnement lumineux des arbres juvéniles en forêt tropicale humide, et d’évaluer l’effet de facteurs environnementaux sur la croissance et la survie des juvéniles de 25 espèces d’arbres tropicaux. Deux types d’indice de lumière ont été définis : l’un basé sur l’influence de la taille et la distance de la trouée de canopée la plus proche, l’autre basé sur la transmittance moyenne à différentes hauteurs. Deux modèles linéaires mixtes ont été paramétrés pour décrire la croissance en diamètre et la croissance en hauteur. Un modèle semi-paramétrique de Cox a été paramétré pour décrire la survie des juvéniles en fonction de l’accroissement en diamètre et en hauteur, des facteurs environnementaux et de l’espèce en tant que variable de stratification. Pour tous ces modèles, une comparaison sur la base du Critère d’information d’Akaïke a été réalisée avec des modèles similaires sans les co-variables de lumière, afin d’évaluer la part d’information apportée par ces indices. Un modèle semi-paramétrique de Cox a été paramétré pour 8 des 25 espèces étudiées afin d’évaluer la variabilité des processus de survie entre les espèces. Les résultats appuient l’hypothèse que la lumière, aussi bien que l’évolution dans le temps de l’environnement lumineux, ont une influence conséquente sur les processus de croissance et de survie des juvéniles en forêt tropicale humide. Il apparait également dans nos résultats que plusieurs processus de croissance sont similaires entre les juvéniles et les arbres ayant un DBH ≥ 10cm, comme le trade-off entre la croissance en diamètre et la croissance en hauteur, ou le tempérament général par rapport à la lumière. Concernant les processus de survie, nos résultats révèlent la grande variabilité interspécifique, chaque espèce réagissant à un ensemble différent de facteurs intrinsèques et environnementaux. Les processus généraux de survie pour les juvéniles en forêts tropicales humides semblent quant à eux être principalement impactés par la solidité du tronc et par sa probabilité de casser, et par la compétition symétrique entre les juvéniles. L’influence du changement de l’environnement lumineux apparait bénéfique à la survie des juvéniles, bien que l’impact de la disponibilité en lumière reste ici obscure

Abstract: Les broméliacées, présentant différentes écologies et adaptations, ont été classées en 5 types écophysiologiques en fonction de la forme de vie (épiphyte, terrestre ou lithophyte), la morphologie de la rosette (avec ou sans réservoir d’eau), le métabolisme photosynthétique (C3 ou CAM) ou encore le caractère absorbant ou non des trichomes et racines. L’objectif du stage était de caractériser si certains traits foliaires et racinaires pouvaient discriminer les types écophysiologiques représentés par 14 espèces. Les résultats montrent que les parties apicales et basales des feuilles se spécialisent différemment en fonction de l’exposition lumière. La taille du disque central des trichomes augmente avec la sécheresse. La densité de trichome de la partie apicale supérieure résulte d’un trade-off entre l’acquisition de l’eau et l’exposition à la lumière. Aussi, le genre A echmea présente un grand nombre de stomates, les T illandsia atmosphériques un plus grand recouvrement de la surface foliaire par les trichomes et les C3 ont un LMA plus
petit. Enfin, les associations fongiques permettent de différencier le genre T illandsia des autres genres. Pour conclure, certains traits permettent de discriminer les types écophysiologiques mais ce sont avant tout la disponibilité en eau et l’exposition à la lumière qui façonnent les traits fonctionnels.