L’interprétation mécaniste des communautés et des écosystèmes

Les concepts d’écosystèmes et de communautés sont centraux aux explications en écologie ainsi qu’à plusieurs débats environnementaux. Cependant, depuis l’introduction de ces concepts, leur statut ontologique est controversé (c'est-à-dire un écosystème a-t-il une existence à part entière au-delà de l’existence de ses parties constituantes?). Alors que certains favorisent une interprétation épistémique de ces concepts, d’autres défendent plutôt que ces unités écologiques fassent partie intégrante du monde naturel. Dans le cadre de ce mémoire, j’argumente que la meilleure manière d’appréhender cette question ontologique est de comprendre que les communautés ainsi que les écosystèmes sont des mécanismes. Plus précisément, je propose que les écosystèmes et les communautés soient des ensembles d’entités et d’activités organisés de manière à exhiber de manière régulière des phénomènes précis. Les entités sont les composantes de ces mécanismes (ex : espèce, niche écologique) alors que les activités sont les relations causales produisant des changements (ex : photosynthèse, prédation). Finalement, les phénomènes que ces mécanismes produisent sont les propriétés émergentes propres au niveau d’organisation des communautés et des écosystèmes (ex. : pH, Biomasse). En utilisant l’approche manipulationniste développée par James Woodward (2003, 2004, 2010), j’argumente qu’il est possible d’identifier les composantes causales des écosystèmes et des communautés ainsi que leurs relations. Puisqu’il est possible de manipuler empiriquement et de manière contrefactuelle de différentes manières les communautés et les écosystèmes (Penn 2003; Swenson et Wilson 2000), je conclus que nous pouvons affirmer de manière robuste (Wimsatt 2007) que ces entités existent réellement.

Redevances forestièrse annuelles et développement local au Cameroun : expériences de deux communes rurales : une analyse anthropologique

Notre thèse étudie les liens entre les « redevances forestières annuelles » (RFA) et le « développement local » dans deux communes du Cameroun. Ce travail anthropologique s’inscrit dans le débat qui se fait à l’échelle internationale relativement au rôle et au devenir des populations locales dans la gestion des ressources naturelles. Dans le passé, la gestion des redevances forestières annuelles (RFA) a été, dans les pays d’Afrique centrale et au Cameroun en particulier, sous la seule responsabilité de l’État central. Une telle politique n’offrait pas la garantie nécessaire à l’utilisation durable de ces ressources qui sont indispensables à la vie des populations villageoises riveraines et à l’équilibre de l’environnement. Profitant de la crise des années 1980 et 1990 en Afrique, le FMI et la Banque mondiale ont exercé une pression sur les États africains pour qu’ils revoient, en conformité avec la Conférence de Rio (1992), leurs politiques en matière de gestion et de conservation des ressources forestières. Dans le bassin du Congo, le Cameroun a été le tout premier pays à réviser, en 1994, ses lois forestières par le biais d’une décentralisation de la fiscalité forestière : les taxes perçues furent réparties entre l’État, les collectivités territoriales décentralisées et les populations villageoises riveraines. Les fonds transférés aux communes et aux populations riveraines devaient servir au développement local en contribuant notamment à l’amélioration des conditions générales de vie des populations à travers la réalisation d’œuvres sociales, l’adduction d’eau, la construction et l’entretien des routes, des écoles, des cases de santé, etc. Dans les faits, l’impact de la fiscalité forestière décentralisée reste à ce jour encore peu visible sur la dynamique du développement local des communes. Notre projet de recherche doctorale prend place dans le domaine d’une anthropologie du développement centrée sur l’étude des solutions que les populations locales apportent aux problèmes auxquels elles sont confrontées dans leur vie de tous les jours. L’analyse des impacts que les politiques de développement économique exercent sur les populations villageoises d’Afrique est ici à l’avant-plan, pas seulement au sens d’une critique des politiques étatiques en matière d’exploitation forestière, mais aussi au sens d’une meilleure compréhension des conditions de mise en œuvre de ces politiques et de l’impact de celles-ci sur les populations villageoises, tant sur le plan des avantages financiers directs que des transformations écologiques que les activités forestières introduisent dans les pratiques agricoles des villageois. Sur le plan méthodologique, il faut noter que ce fut très difficile d’obtenir les informations nécessaires, notre sujet d’étude se révélant être très sensible quant à sa portée politique. Nous avons néanmoins pu recueillir un solide ensemble de données par le biais d’une démarche de proximité de type qualitatif qui a été conduite dans deux communes forestières qui représentent deux réalités différentes en matière de gestion des RFA. La collecte des données a été faite, de manière intensive, dans sept villages qui répondaient à nos critères : nous avons ainsi pu étudier, de manière approfondie, la situation des groupes sociaux les plus défavorisés qui sont exclus dans le partage des revenus forestiers. Pour construire notre cadre théorique, nous avons combiné des éléments empruntés aux théories environnementales, à l’anthropologie économique et à l’analyse des modes de gestion. Il faut noter, par ailleurs, que l’anthropologue n’est ni un aménagiste, ni un environnementaliste, ni un spécialiste des études managériales. Nous avons conduit notre étude comparative dans les communes concernées en nous fixant pour objectif de comprendre les mécanismes de gestion des RFA mis en place par les leaders locaux et d’évaluer leur impact sur l’amélioration des conditions de vie des populations villageoises et sur leur écosystème. Notre préoccupation était de savoir si les RFA constituent des vecteurs de développement socioéconomique pour des populations vivant dans et de la forêt.

Reconstruction et étude de la variabilité du régime alimentaire des sociétés préhispaniques de la basse vallée de Santa, Pérou

Ce projet de recherche porte principalement sur la reconstruction du régime alimentaire à l’aide d’une approche paléochimique. Des analyses isotopiques du carbone de l’azote ont été réalisées sur le collagène des os sur un échantillon de trente-huit individus provenant de trois sites différents de la basse vallée de Santa, sur la côte nord du Pérou : El Castillo, Guadalupito et Huaca China. Parmi les individus sélectionnés, certains sont affiliés aux groupes des Gallinazo, des Mochica, des Tanguche ou des Chimú couvrant ainsi la Période intermédiaire ancienne, l’Horizon moyen et la Période intermédiaire récente. L’approche isotopique a été utilisée afin de caractériser dans un premier temps, le régime alimentaire de la population globale en la comparant à d’autres groupes préhispaniques de l’Aire andine. Les résultats obtenus sur trente-deux individus suggèrent une alimentation variée incluant le maïs ainsi que des ressources marines, illustrant que ces groupes agriculteurs exploitaient les deux types d’écosystèmes à leur portée. Ces résultats sont supportés par l’analyse du carbone sur l’apatite pour cinq individus. Le second but fut d’étudier la variabilité du régime alimentaire entre les différents individus de l’échantillon, en fonction de la période d’occupation, du site de provenance, de l’affiliation culturelle, de l’âge et du sexe et du statut social. La petite taille de l’échantillon a limité considérablement la discussion de ces différents paramètres. Il a toutefois été possible de remarquer un accès aux ressources riches en protéines plus avantageux pour les hommes et la présence de possibles différences dans l’alimentation chez les individus juvéniles. Finalement, la confrontation des données funéraires à la reconstruction du régime alimentaire a été faite pour cinq cas particuliers de pratiques funéraires provenant du site El Castillo, premier centre régional de la civilisation Mochica dans la basse vallée de Santa. Dans tous les cas, le régime alimentaire suggéré par les compositions isotopiques supporte les interprétations des statuts sociaux de ces individus faites à partir des contextes funéraires.

Distribution spatiale des racines fines, disponibilité de la lumière et rendement dans un système de culture intercalaire avec arbres feuillus en zone tempérée

Les distributions spatiales des racines fines de Quercus rubra L. (CHR), Populus deltoides x nigra (DN3570) (PEH) et d’une culture fourragère (FOUR) ont été étudiées dans un système agroforestier de culture intercalaire (SCI) du sud du Québec (Canada). L’étude ne révèle pas d’enracinement plus profond des arbres en SCI, mais des profils superficiels à l’instar de nombreuses espèces d’arbres en plantations ou en milieu naturel. Une séparation spatiale existe entre les systèmes racinaires du FOUR et des CHR dont la densité relative selon la profondeur est plus faible que celle de la culture de 0 à 10 cm, mais plus élevée de 10 à 30 cm. Les PEH ne présentent pas d’adaptation racinaire et les hautes valeurs de densités de longueur racinaires (FRLD) de surface près du tronc entraînent une diminution de 45 % de la densité racinaire de surface du fourrage, suggérant une forte compétition pour les ressources du sol. L’étude du rendement agricole a d’ailleurs révélé des réductions de biomasse fourragère particulièrement près des PEH. Cependant, les résultats d’une analyse à composantes principales suggèrent un impact secondaire de la compétition racinaire sur le rendement agricole, et une plus grande importance de la compétition pour la lumière. L’impact des PEH à croissance rapide sur la culture est plus grand que celui du CHR. Cependant, ils seront récoltés plus rapidement et l’espace libéré favorisera la croissance de la culture intercalaire. Cet aspect dynamique des SCI les rapproche des écosystèmes naturels et devrait être réfléchi et approfondi pour leur succès futur.

Study of baleen whales’ ecology and interaction with maritime traffic activities to support management of a complex socio-ecological system

Thesis written in co-mentorship with Robert Michaud.

Évaluation économique des services écosystémiques dans la région de Montréal : analyse spatiale et préférences exprimées

Les services écosystémiques (SE) réfèrent aux bénéfices que produisent et soutiennent la biodiversité et les écosystèmes et qui profitent à l’être humain. Dans beaucoup de cas, ils ne sont pas pris en compte dans le système économique. Cette externalisation des SE engendre des décisions sur l’utilisation du territoire et des ressources naturelles qui ignorent leur contribution à la qualité de vie des communautés. Afin notamment de sensibiliser l’opinion publique à l’importance des SE et de mieux les intégrer dans les processus décisionnels, ont été développées des démarches d’évaluation économique des SE. Dans cette thèse, nous avons cherché à comprendre à la fois comment l’utilisation passée et actuelle des sols dans la région de Montréal affecte la valeur des SE et comment ces aménités naturelles sont perçues et valorisées par la population, dans une perspective d’aménagement futur du territoire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches : l’analyse spatiale recourant aux systèmes d’information géographique et l’analyse des préférences exprimées par des techniques d’enquête. Pour l’analyse spatiale, nous avons combiné des analyses cartographiques à des valeurs monétaires associées aux SE publiées dans la littérature. Nous avons alors estimé la valeur des écosystèmes d’un territoire par le transfert de bénéfices, de prix de marchés directs et de coûts évités. Cette démarche nous a permis de comprendre la relation entre l’utilisation actuelle du territoire du Grand Montréal écologique et la valeur des services fournis par les écosystèmes, que nous avons estimée à 2,2 milliards de dollars par année. Elle nous a permis aussi de mesurer les effets sur la valeur des SE du changement d’utilisation des sols entre les années 1960 et 2010. Nous avons montré que malgré différentes politiques de contrôle et d’encadrement de l’étalement urbain au cours de cette période, les pertes économiques non marchandes liées aux SE s’élèvent à 236 millions de dollars par année. Pour l’analyse des préférences exprimées, nous avons utlilisé deux méthodes, l’évaluation contingente et le choix multi-attributs, avec l’objectif de mesurer le consentement à payer de répondants pour des variations dans l’aménagement du territoire. Nous avons montré d’une part que les répondants valorisent significativement l’incidence des pratiques agro-environnementales sur la qualité de l’environnement et des paysages en consentant à payer entre 159 et 333 dollars par ménage par année pour une amélioration de la diversité du paysage agricole. D’autre part, leur volonté à payer pour l’amélioration de l’état des milieux humides du Québec est estimée entre 389 et 455 dollars par ménage par année. L’utilisation conjointe des deux méthodes nous a permis d’en comparer les résultats. Nous avons en outre démontré que le choix du format de question de valorisation de l’évaluation contingente affecte la convergence des résultats. Enfin, nous avons proposé des pistes de recherches futures portant sur l’intégration des démarches d’analyse biophysique, économique et politique dans des outils de prise de décision mieux adaptés à la dynamique des écosystèmes, de la biodiversité et des communautés humaines.

Dynamique végétale récente du complexe tourbeux des Tourbières-de-Lanoraie (Québec).

Les milieux humides sont parmi les écosystèmes les plus menacés de la planète que ce soit par le drainage, l’exploitation des ressources naturelles ou les changements climatiques. Dans une optique de conservation, il est primordial de comprendre la part des facteurs autogènes et allogènes dans la dynamique temporelle de ces écosystèmes. Dans ce contexte, les objectifs de cette étude étaient de : 1) reconstituer la dynamique des communautés végétales de deux secteurs ombrotrophes du complexe de milieux humides des Tourbières-de-Lanoraie au cours des trois derniers millénaires et 2) déterminer l’impact des activités humaines depuis les 500 dernières années sur cette dynamique. Pour ce faire, une approche paléoécologique pluridisciplinaire a été utilisée. La dynamique végétale a été semblable dans les deux secteurs étudiés. Elle a d’abord été caractérisée par une ombrotrophication des systèmes tourbeux puis par une transformation graduelle d’une tourbière ombrotrophe ouverte, dominées par les sphaignes et les éricacées, vers des tourbières ombrotrophes forestières. L’ombrotrophication se serait amorcée peu avant le Petit-Âge glaciaire (1570-1850 AD), période associée à des conditions plus fraiches et plus sèches. Le développement de la phase forestière serait beaucoup plus récent (début 1900) et semble être associé à une période d’intensification de l’empreinte anthropique dans le paysage, notamment du drainage. Ce travail montre que les perturbations anthropiques constituent depuis le début du XXème siècle le moteur principal de la dynamique de la végétation des deux secteurs étudiés.

Classification et relations entre les traits fonctionnels des crustacés zooplanctoniques : de l’organisme à l’écosystème

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits.

The Gaia Commission: Climate Change and Moral Responsibility

Travail créatif / Creative Work

Patrons saisonniers de transformation du carbone et efficacité métabolique des communautés bactériennes du golfe d’Amundsen, Arctique canadien

Les réchauffements climatiques associés aux activités anthropiques ont soumis les écosystèmes arctiques à des changements rapides qui menacent leur stabilité à court terme. La diminution dramatique de la banquise arctique est une des conséquences les plus concrètes de ce réchauffement. Dans ce contexte, comprendre et prédire comment les systèmes arctiques évolueront est crucial, surtout en considérant comment les flux de carbone (C) de ces écosystèmes - soit des puits nets, soit des sources nettes de CO2 pour l'atmosphère - pourraient avoir des répercussions importantes sur le climat. Le but de cette thèse est de dresser un portrait saisonnier de l’activité bactérienne afin de déterminer l’importance de sa contribution aux flux de carbone en Arctique. Plus spécifiquement, nous caractérisons pour la première fois la respiration et le recours à la photohétérotrophie chez les microorganismes du golfe d’Amundsen. Ces deux composantes du cycle du carbone demeurent peu décrites et souvent omises des modèles actuels, malgré leur rôle déterminant dans les flux de C non seulement de l’Arctique, mais des milieux marins en général. Dans un premier temps, nous caractérisons la respiration des communautés microbiennes (RC) des glaces de mer. La connaissance des taux de respiration est essentielle à l’estimation des flux de C, mais encore limitée pour les milieux polaires. En effet, les études précédentes dans le golfe d’Amundsen n’ont pas mesuré la RC. Par la mesure de la respiration dans les glaces, nos résultats montrent des taux élevés de respiration dans la glace, de 2 à 3 fois supérieurs à la colonne d'eau, et une production bactérienne jusqu’à 25 fois plus importante. Ces résultats démontrent que la respiration microbienne peut consommer une proportion significative de la production primaire (PP) des glaces et pourrait jouer un rôle important dans les flux biogéniques de CO2 entre les glaces de mer et l’atmosphère (Nguyen et Maranger, 2011). Dans un second temps, nous mesurons la respiration des communautés microbiennes pélagiques du golfe d’Amundsen pendant une période de 8 mois consécutif, incluant le couvert de glace hivernal. En mesurant directement la consommation d'O2, nous montrons une RC importante, mesurable tout au long de l’année et dépassant largement les apports en C de la production primaire. Globalement, la forte consommation de C par les communautés microbiennes suggère une forte dépendance sur recyclage interne de la PP locale. Ces observations ont des conséquences importantes sur notre compréhension du potentiel de séquestration de CO2 par les eaux de l’Océan Arctique (Nguyen et al. 2012). Dans un dernier temps, nous déterminons la dynamique saisonnière de présence (ADN) et d’expression (ARN) du gène de la protéorhodopsine (PR), impliqué dans la photohétérotrophie chez les communautés bactérienne. Le gène de la PR, en conjonction avec le chromophore rétinal, permet à certaines bactéries de capturer l’énergie lumineuse à des fins énergétiques ou sensorielles. Cet apport supplémentaire d’énergie pourrait contribuer à la survie et prolifération des communautés qui possèdent la protéorhodopsine. Bien que détectée dans plusieurs océans, notre étude est une des rares à dresser un portrait saisonnier de la distribution et de l’expression du gène en milieu marin. Nous montrons que le gène de la PR est présent toute l’année et distribué dans des communautés diversifiées. Étonnamment, l’expression du gène se poursuit en hiver, en absence de lumière, suggérant soit qu’elle ne dépend pas de la lumière, ou que des sources de photons très localisées justifie l’expression du gène à des fins sensorielles et de détection (Nguyen et al., soumis au journal ISME). Cette thèse contribue à la compréhension du cycle du C en Arctique et innove par la caractérisation de la respiration et de l’efficacité de croissance des communautés microbiennes pélagiques et des glaces de mer. De plus, nous montrons pour la première fois une expression soutenue de la protéorhodopsine en Arctique, qui pourrait moduler la consommation de C par la respiration et justifier son inclusion éventuelle dans les modélisations du cycle du C. Dans le contexte des changements climatiques, il est clair que l'importance de l’activité bactérienne a été sous-estimée et aura un impact important dans le bilan de C de l'Arctique.

Finalité de l'art écologique : étude de ses lieux, de ses acteurs, de ses usages

Entre la fin du XXe siècle et le début du XXIe siècle, on assiste à une émergence et à une multiplication des conférences et sommets internationaux, nationaux et locaux sur l’environnement. Cette prise de conscience face à l’urgence de trouver des moyens et des solutions afin de préserver, restaurer ou mettre en valeur la Terre et ses écosystèmes, se reflète dans le milieu artistique. Cette étude a pour but de montrer que l’inclusion du thème écologiste dans le champ artistique opère des changements sur la configuration de l’art, c’est-à-dire sur les lieux (l’emplacement des oeuvres), sur les acteurs (les artistes et le public), sur les usages et la finalité des oeuvres. Le second objectif est d’indiquer qu’il existe une concordance entre la théorie pragmatiste et l’art écologique. L’observation de cette proximité permet de mettre à profit la théorie deweyenne afin de mieux comprendre le fonctionnement des projets artistiques écologistes. Le corpus est établi à partir d’oeuvres de l’artiste québécoise Francine Larivée, de l’artiste torontois Noel Harding et de l’artiste américaine Agnes Denes.

Concept de non-violence chez le théologien processuel David Ray Griffin entre la guerre du Vietnam et celle d'Iraq (1968-2008)

La non-violence fait référence à une idéologie et un ensemble de pratiques qui ont pour caractéristique commune de rejeter la violence sous toutes ses formes dans l’actualisation quotidienne. La non-violence est cependant devenue également un outil auquel certains recourrent dans des objectifs qui ne servent pas nécessairement le bien commun. En d’autres termes, la non-violence n’est pas systématiquement un outil de paix. Elle est un moyen d’obtenir ce que l’on veut, sans recourir à la violence. Cette thèse propose une vision de la non-violence au service du bien commun. Elle puise dans l’historicité de grands événements et acteurs qui ont utilisé la non-violence pour libérer une collectivité de formes d’oppression qui amenuisaient la dignité humaine. Elle fait référence à des auteurs et acteurs qui ont influencé le théologien processuel David Ray Griffin dans sa propre démarche d’enseignement et de recherche théologiques sur une quarantaine d’années, soient de la guerre du Vietnam à celle d’Iraq. Les dates survolées vont de 1968 à 2008. Une première démarche entreprise par la recherche est de comprendre le plus précisément possible quelles sont les avenues les plus récentes concernant la non-violence et d’explorer ses influences sur la vie et la carrière du théologien processuel États-Unien David Ray Griffin. En second lieu, une rétrospective historique des événements marquants aux États-Unis permet de cerner le contexte au sein duquel Griffin a évolué et comment son discours a laissé transparaître ces influences historiques, sociales et académiques. Une analyse plus centrée sur la politique extérieure des États-Unis en matière d’économie et de militarisme aiguille vers l’identification de signes que Griffin qualifie lui-même d’anti-théologiques, ce qui l’incite à élaborer une vision paradigmatique globalisante, équilibrée selon lui, où les ressources planétaires sont redistribuées dans un souci d’équité et de justice. Pour ce faire, un tribunal international, une religion globale, à l’image de ce que propose la pensée processuelle whiteheadienne-hartshornienne sont proposés. Griffin en brosse les grands traits dans un discours où l’exhortation s’assortit d’une méthodologie et d’une pédagogie éprouvés depuis 40 ans. Une grille d’analyse des textes griffiniens est par la suite élaborée, structurant les différentes composantes fondamentales de sa pensée. Un modèle d’intégration des valeurs de la non-violence est dégagé des lectures, applicable à d’autres disciplines. Appuyé sur une tradition authentique d’auteurs non-violents, David Ray Griffin présente les caractéristiques d’un homme de paix, duquel les idéaux débordent le cadre national pour rejoindre le planétaire, dans une visée résolument sotériologique. Cette visée devient urgente alors que les événements des attentats terroristes du World Trade Center du 11 septembre 2001 font dire à Griffin que non seulement les États-Unis sont engagés dans une démarche impérialiste démoniaque, mais qu’ils contribuent de manière accélérée à la destruction de la planète. Il faut absolument, croit-il, renverser le courant et devenir, pour le monde, un leader de la réparation des écosystèmes, des économies et des sociétés. S’adjoignant des auteurs d’autres disciplines, et toujours dans un cadre processuel, Griffin entreprend le long périple pédagogique qu’est celui de convaincre le plus grand nombre d’individus possible que le temps est venu d’agir.

Influence of plant species and richness on pollutant removal in treatment wetlands

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies.

Écologie et implications trophiques de la cyanobactérie Lyngbya wollei dans le fleuve Saint-Laurent

Les proliférations nuisibles de la cyanobactérie filamenteuse benthique Lyngbya wollei qui forme des tapis déposés sur les sédiments ont augmenté en fréquence au cours des 30 dernières années dans les rivières, lacs et sources de l'Amérique du Nord. Lyngbya wollei produit des neurotoxines et des composés organiques volatils (géosmin, 2-méthylisobornéol) qui ont des répercussions sur la santé publique de même que des impacts d'ordre socioéconomiques. Cette cyanobactérie est considérée comme un habitat et une source de nourriture de piètre qualité pour les invertébrés en raison de sa gaine robuste et de sa production de toxines. Les proliférations de L. wollei ont été observées pour la première fois en 2005 dans le fleuve Saint-Laurent (SLR; Québec, Canada). Nous avons jugé important de déterminer sa distribution sur un tronçon de 250 km afin d'élaborer des modèles prédictifs de sa présence et biomasse en se basant sur les caractéristiques chimiques et physiques de l'eau. Lyngbya wollei était généralement observé en aval de la confluence de petits tributaires qui irriguent des terres agricoles. L’écoulement d’eaux enrichies à travers la végétation submergée se traduisait par une diminution de la concentration d’azote inorganique dissous (DIN), alors que les concentrations de carbone organique dissous (DOC) et de phosphore total dissous (TDP) demeuraient élevées, produisant un faible rapport DIN :TDP. Selon nos modèles, DOC (effet positif), TP (effet négatif) et DIN :TDP (effet négatif) sont les variables les plus importantes pour expliquer la répartition de cette cyanobactérie. La probabilité que L. wollei soit présent dans le SLR a été prédite avec exactitude dans 72 % à 92 % des cas pour un ensemble de données indépendantes. Nous avons ensuite examiné si les conditions hydrodynamiques, c'est-à-dire le courant généré par les vagues et l'écoulement du fleuve, contrôlent les variations spatiales et temporelles de biomasse de L. wollei dans un grand système fluvial. Nous avons mesuré la biomasse de L. wollei ainsi que les variables chimiques, physiques et météorologiques durant trois ans à 10 sites le long d'un gradient d'exposition au courant et au vent dans un grand (148 km2) lac fluvial du SLR. L'exposition aux vagues et la vitesse du courant contrôlaient les variations de biomasses spatiales et temporelles. La biomasse augmentait de mai à novembre et persistait durant l'hiver. Les variations interannuelles étaient contrôlées par l'écoulement de la rivière (niveau d'eau) avec la crue printanière qui délogeait les tapis de l'année précédente. Les baisses du niveau d'eau et l'augmentation de l'intensité des tempêtes anticipées par les scénarios de changements climatiques pourraient accroître la superficie colonisée par L. wollei de même que son accumulation sur les berges. Par la suite, nous avons évalué l'importance relative de L. wollei par rapport aux macrophytes et aux épiphytes. Nous avons examiné l'influence structurante de l'échelle spatiale sur les variables environnementales et la biomasse de ces producteurs primaires (PP) benthiques. Nous avons testé si leur biomasse reflétait la nature des agrégats d'habitat basées sur l'écogéomorphologie ou plutôt le continuum fluvial. Pour répondre à ces deux questions, nous avons utilisé un design à 3 échelles spatiales dans le SLR: 1) le long d'un tronçon de 250 km, 2) entre les lacs fluviaux localisés dans ce tronçon, 3) à l'intérieur de chaque lac fluvial. Les facteurs environnementaux (conductivité et TP) et la structure spatiale expliquent 59% de la variation de biomasse des trois PP benthiques. Spécifiquement, les variations de biomasses étaient le mieux expliquées par la conductivité (+) pour les macrophytes, par le ratio DIN:TDP (+) et le coefficient d'extinction lumineuse (+) pour les épiphytes et par le DOC (+) et le NH4+ (-) pour L. wollei. La structure spatiale à l'intérieur des lacs fluviaux était la plus importante composante spatiale pour tous les PP benthiques, suggérant que les effets locaux tels que l'enrichissement par les tributaire plutôt que les gradients amont-aval déterminent la biomasse de PP benthiques. Donc, la dynamique des agrégats d'habitat représente un cadre général adéquat pour expliquer les variations spatiales et la grande variété de conditions environnementales supportant des organismes aquatiques dans les grands fleuves. Enfin, nous avons étudié le rôle écologique des tapis de L. wollei dans les écosystèmes aquatiques, en particulier comme source de nourriture et refuge pour l'amphipode Gammarus fasciatus. Nous avons offert aux amphipodes un choix entre des tapis de L. wollei et soit des chlorophytes filamenteuses ou un tapis artificiel de laine acrylique lors d'expériences en laboratoire. Nous avons aussi reconstitué la diète in situ des amphipodes à l'aide du mixing model (d13C et δ15N). Gammarus fasciatus choisissait le substrat offrant le meilleur refuge face à la lumière (Acrylique>Lyngbya=Rhizoclonium>Spirogyra). La présence de saxitoxines, la composition élémentaire des tissus et l'abondance des épiphytes n'ont eu aucun effet sur le choix de substrat. Lyngbya wollei et ses épiphytes constituaient 36 et 24 % de l'alimentation in situ de G. fasciatus alors que les chlorophytes, les macrophytes et les épiphytes associées représentaient une fraction moins importante de son alimentation. Les tapis de cyanobactéries benthiques devraient être considérés comme un bon refuge et une source de nourriture pour les petits invertébrés omnivores tels que les amphipodes.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.