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[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SEDYVIN [Encadrant_IRSTEA]Jaunatre, R.; Restoration ecology is a scientific discipline that has emerged forty years ago to try to compensate the negative impacts of society development on ecosystems. Today, following global meta-analyzes revealing the relative success of ecological restoration, a new question emerges: should we actively or passively restore degraded ecosystems? It is in this context that this thesis project took place with a multidisciplinary approach and focused on the study of quarrying impacts on the Mediterranean steppe of Crau (Bouches-du-Rhône, France). Two cases were taken into account: (i) old quarries operated in the 1970s and abandoned then, presenting a variety of exploitation types or rehabilitation modalities, and (ii) a quarry still in the process of exploitation, the legislation now requiring repairs. The aim is to better identify possible scientific obstacles in the field of knowledge for ecological restoration and better define societal expectations in order to finally propose a general strategy intended to serve the future management of these ecosystems. The research of this thesis was based on two major questions, reflections: (1) Do ecological restoration actions restore the reference ecosystem (= the pre-existing ecosystem)? By comparing different long-term restoration treatments (various types of soil transfers, anthropogenic deposits, lack of rehabilitation), we were able to show that soil transfer is still the best method, especially when the initial characteristics of the soil are respected. However, it still does not compensate in the medium term (35 years) for the destruction of the pre-existing ecosystem: the soil and the plant community of the reference steppe are not completely restored yet. A second soil mixing technique used when the original soil is no longer available has also been tested, but it is not very successful either in the short-term (3 years). A second question arose in parallel: (2) Without active restoration, what is the value of biodiversity generated by human activities? And more generally, what kind of nature do we want? Quarries have destroyed the pre-existing steppe ecosystem but have also created new conditions (soil, new habitats) that support the functioning and connectivity of pioneer species and shelter important heritage biodiversity that is absent from the pre-existing ecosystem. In addition, the comparison between the quarry landscapes and the reference ecosystem landscapes with different stakeholders and the general public has shown that the old quarries are perceived as being much more natural than the reference steppe and that they are also associated to an important biodiversity. These results could therefore reorient the choice of restoration or management, in order to choose between 1) what is currently recommended (active restoration applied after the end of quarry exploitation with the historical ecosystem as a reference) and 2) the free expression of feral nature also called passive restoration (with or without reclamation, i.e. where the reference ecosystem is different from the pre-existing ecosystem).; L’écologie de la restauration est une discipline scientifique qui a vu le jour il y a une quarantaine d’années pour tenter de compenser les impacts négatifs du développement des sociétés sur les écosystèmes. Aujourd’hui, suite à des méta-analyses planétaires révélant le succès relatif des opérations de restauration écologique, une nouvelle question émerge : faut-il restaurer activement ou laisser en libre évolution les écosystèmes dégradés ? C’est dans ce contexte que ce projet de thèse a eu lieu avec une démarche qui s’est voulue pluridisciplinaire et a porté sur l’étude de l’impact de carrières sur la steppe méditerranéenne de Crau (Bouches-du-Rhône, France). Deux cas ont été pris en compte, (i) d’anciennes carrières exploitées dans les années 1970 et abandonnées présentant une diversité de modalités d’exploitation ou de réaménagement et, (ii) une carrière encore en cours d’exploitation dont la législation oblige la remise en état. L’objectif est de mieux identifier les éventuels verrous scientifiques en matière de connaissances pour la restauration et mieux définir les attentes sociétales afin de proposer au final une stratégie générale destinée à servir à la gestion future de ces écosystèmes. Les recherches de cette thèse se sont basées sur deux grandes questions, réflexions : (1) Les opérations de restauration écologique mises en place permettent-elles de restaurer l’écosystème de référence (= ici l’écosystème préexistant) ? En comparant différents traitements de restauration sur le long terme (transfert de sol selon différentes modalités, dépôts de matériaux anthropogéniques, absence de réhabilitation), nous avons pu montrer que le transfert de sol reste une bonne méthode, surtout lorsque les caractéristiques initiales du sol sont respectées. Néanmoins, il ne compense toujours pas à moyen-terme (35 ans) la destruction de l'écosystème préexistant : le sol et la communauté végétale de la steppe de référence ne sont pas encore complètement rétablis. Une deuxième technique de mélange de sol lorsque le sol originel n’est plus disponible a également été testée, mais elle ne présente pas non plus un succès total de restauration à court terme (3 ans). Une deuxième question s’est donc posée en parallèle: (2) Sans restauration active, quelle est la valeur de la biodiversité générée par les activités humaines ? Et plus globalement, quelles natures voulons-nous ? Les carrières ont détruit l’écosystème steppique qui préexistait mais ont créé également de nouvelles conditions (pédologiques, de nouveaux habitats) qui soutiennent le fonctionnement et la connectivité d’espèces pionnières et abritent une importante biodiversité patrimoniale absente de l’écosystème d’origine. De plus, la comparaison entre les paysages de carrières et l’écosystème de référence auprès de différents acteurs territoriaux et du grand public a montré que les anciennes carrières sont perçues comme étant beaucoup plus naturelles que la steppe de référence et qu’elles sont également associées à une importante biodiversité. Ces résultats pourraient donc réorienter les choix de restauration ou de gestion, afin de choisir entre 1) ce qui est actuellement recommandé (une restauration active appliquée en fin d’exploitation avec l’écosystème historique en référence) et 2) une libre expression de la nature férale encore appelée restauration passive (avec ou pas réaffectation initiale ; i.e. où l’écosystème de référence est différent de l’écosystème préexistant).

Dynamic modelling of ecological systems is an essential method to understand, predict and control the dynamics of semi-natural ecosystems, which involves complex processes. The main objective of this PhD thesis is to develop a simulation model of the medium- and long-term dynamics of the herbaceous vegetation in permanent grasslands, taking into account both biodiversity and productivity. Grassland ecosystems are often hot spots of biodiversity, which contributes to the temporal stability of their services. On an agricultural perspective, this important biodiversity contributes to the forage quality, and besides, it induces a higher ability of the vegetation cover to resist to different climatic scenarios (global warming, heat and drought waves).However, this key aspect of biodiversity is only poorly included in grassland models: often absent of modelling or included in a very simple form. Building on those considerations, this PhD work exposes the writing of a process-based succession model, described by a system of Ordinary Differential Equations that simulates the aboveground vegetation dynamics of a temperate grassland. This model implemented the main ecological factors involved in growth and competition processes of herbaceous species, and could be adjust to any level of diversity, by varying the number and the identity of species in the initial plant community. This formalism of mechanistic models allows us to analyse relationships that link diversity, productivity and stability, in response to different climatic conditions and agricultural management.In mathematical grassland models, plant communities may be represented by a various number of state variables, describing biomass compartments of some dominant species or plant functional types. The size of the initial species pool could have consequences on the outcome of the simulated ecosystem dynamics in terms of grassland productivity, diversity, and stability. This choice could also influence the model sensitivity to forcing parameters. To address these issues, we developed a method, based on sensitivity analysis tools, to compare behaviour of alternative versions of the model that only differ by the identity and number of state variables describing the green biomass, here plant species. This method shows an innovative aspect, by performing this model sensitivity analysis by using multivariate regression trees. We assessed and compared the sensitivity of each instance of the model to key forcing parameters for climate, soil fertility, and defoliation disturbances. We established that the sensitivity to forcing parameters of community structure and species evenness differed markedly among alternative models, according to the diversity level. We show a progressive shift from high importance of soil fertility (fertilisation level, mineralization rate) to high importance of defoliation (mowing frequency, grazing intensity) as the size of the species pool increased.These results highlight the need to take into account the role of species diversity to explain the behaviour of grassland models. Besides, to properly take into account those interactions in the grassland cover, the considered species pool size considered in the model needs to be high enough. Finally, we compare model simulations of the aboveground vegetation to measures from two experimental sites, the mowing grassland of Oensingen, and the grazing grassland of Laqueuille. Results of these comparison are promising and highlight the relevance of the choice and the representation of the different ecological processes included in this mechanistic model.Thus, this PhD work offers a model, perfectly fitting with current needs on grassland modelling, which contribute to a better understanding of the herbaceous vegetation dynamics and interactions between productivity, diversity and stability.; La modélisation dynamique des systèmes écologiques constitue une méthode incontournable pour comprendre, prédire et contrôler la dynamique des écosystèmes semi-naturels, qui fait intervenir des processus complexes. Le principal objectif de cette thèse est de développer un modèle permettant de simuler la dynamique à moyen terme de la végétation herbacée dans les prairies permanentes, en tenant compte à la fois de la productivité et de la biodiversité. Les prairies sont des réservoirs présentant une forte biodiversité végétale, qui soutiennent de nombreux services écosystémiques. Sur le plan agricole, cette importante diversité contribue à la qualité de la production fourragère, et de plus, elle permet une plus grande résistance de la végétation face à des changements climatiques (réchauffement moyen, vagues de chaleur et de sécheresse).Pourtant, cette notion clé de biodiversité n'est que faiblement prise en considération dans la modélisation de l'écosystème prairial : elle est souvent absente ou alors présente sous une forme très simplifiée. En réponse à ces considérations, ces travaux de thèse présentent la construction d'un modèle de succession basé sur des processus, décrit par un système d'équations différentielles ordinaires, qui représente la dynamique de la végétation aérienne des prairies tempérées. Ce modèle intègre les principaux facteurs écologiques impactant la croissance et la compétition des espèces herbacées, et peut s'ajuster à n'importe quel niveau de diversité, par le choix du nombre et de l'identité des espèces initialement présentes dans l'assemblage. Ce formalisme mécaniste de modélisation nous permet alors d'analyser les relations qui lient diversité, productivité et stabilité, en réponse à différentes conditions climatiques et différents modes de gestion agricole.Ce modèle mathématique représente la composition du couvert végétal par plusieurs variables d'état, qui décrivent les valeurs de biomasse d'espèces dominantes ou de type fonctionnel de plantes. Or la taille du réservoir initial d'espèces considérée peut avoir des conséquences sur les résultats de la dynamique simulée de l'écosystème, en terme de productivité, de diversité et de stabilité. Ce choix peut également influencer la sensibilité du modèle à différents paramètres de forçage qui le composent. Pour traiter cette question, nous développons une méthode basée sur les outils d'analyse de sensibilité, pour comparer les comportements de versions alternatives du modèle, qui se distinguent par leur niveau de diversité qu'elles considèrent. Soulignons que cette méthodologie présente un aspect novateur, en effectuant l'analyse de sensibilité du modèle par l'utilisation d'arbres de régression multivariée. Nous évaluons et comparons la sensibilité de chacune de ces versions alternatives du modèle aux paramètres de contrôle clés du modèle, qui sont liés à la fertilité du sol, au climat et à la gestion agricole. Nous établissons que la sensibilité de la structure de la communauté et de l'homogénéité de la répartition des espèces au sein de l'assemblage aux paramètres de contrôle diffère considérablement selon le niveau de diversité considéré. Nous montrons un glissement, en réponse à l'augmentation de la taille du réservoir d'espèces, depuis une forte importance de la fertilité du sol vers une forte importance d'intensité du traitement agricole. Ces résultats soulignent alors le besoin de prendre en compte le rôle clé joué par la biodiversité dans les modèles de l'écosystème prairial, de par son impact sur le comportement des dynamiques simulées. De plus, pour rendre correctement compte des interactions au sein de la végétation, le nombre d'espèces considéré dans le modèle doit être suffisamment important. Enfin, nous comparons les simulations de végétation de ce modèle à des mesures issues de deux sites expérimentaux, la prairie de fauche d'Oensingen, et le pâturage de Laqueuille. Les résultats de ces comparaisons sont encourageants et soulignent la pertinence du choix et de la représentation des processus écologiques clés qui composent ce modèle mécaniste. Ce travail de thèse propose donc un modèle, en total adéquation avec les besoins actuels en terme de modélisation de l'écosystème prairial, qui permet de mieux comprendre la dynamique de la végétation herbacée et les interactions entre productivité, diversité et stabilité.

Dynamic modelling of ecological systems is an essential method to understand, predict and control the dynamics of semi-natural ecosystems, which involves complex processes. The main objective of this PhD thesis is to develop a simulation model of the medium- and long-term dynamics of the herbaceous vegetation in permanent grasslands, taking into account both biodiversity and productivity. Grassland ecosystems are often hot spots of biodiversity, which contributes to the temporal stability of their services. On an agricultural perspective, this important biodiversity contributes to the forage quality, and besides, it induces a higher ability of the vegetation cover to resist to different climatic scenarios (global warming, heat and drought waves).However, this key aspect of biodiversity is only poorly included in grassland models: often absent of modelling or included in a very simple form. Building on those considerations, this PhD work exposes the writing of a process-based succession model, described by a system of Ordinary Differential Equations that simulates the aboveground vegetation dynamics of a temperate grassland. This model implemented the main ecological factors involved in growth and competition processes of herbaceous species, and could be adjust to any level of diversity, by varying the number and the identity of species in the initial plant community. This formalism of mechanistic models allows us to analyse relationships that link diversity, productivity and stability, in response to different climatic conditions and agricultural management.In mathematical grassland models, plant communities may be represented by a various number of state variables, describing biomass compartments of some dominant species or plant functional types. The size of the initial species pool could have consequences on the outcome of the simulated ecosystem dynamics in terms of grassland productivity, diversity, and stability. This choice could also influence the model sensitivity to forcing parameters. To address these issues, we developed a method, based on sensitivity analysis tools, to compare behaviour of alternative versions of the model that only differ by the identity and number of state variables describing the green biomass, here plant species. This method shows an innovative aspect, by performing this model sensitivity analysis by using multivariate regression trees. We assessed and compared the sensitivity of each instance of the model to key forcing parameters for climate, soil fertility, and defoliation disturbances. We established that the sensitivity to forcing parameters of community structure and species evenness differed markedly among alternative models, according to the diversity level. We show a progressive shift from high importance of soil fertility (fertilisation level, mineralization rate) to high importance of defoliation (mowing frequency, grazing intensity) as the size of the species pool increased.These results highlight the need to take into account the role of species diversity to explain the behaviour of grassland models. Besides, to properly take into account those interactions in the grassland cover, the considered species pool size considered in the model needs to be high enough. Finally, we compare model simulations of the aboveground vegetation to measures from two experimental sites, the mowing grassland of Oensingen, and the grazing grassland of Laqueuille. Results of these comparison are promising and highlight the relevance of the choice and the representation of the different ecological processes included in this mechanistic model.Thus, this PhD work offers a model, perfectly fitting with current needs on grassland modelling, which contribute to a better understanding of the herbaceous vegetation dynamics and interactions between productivity, diversity and stability.; La modélisation dynamique des systèmes écologiques constitue une méthode incontournable pour comprendre, prédire et contrôler la dynamique des écosystèmes semi-naturels, qui fait intervenir des processus complexes. Le principal objectif de cette thèse est de développer un modèle permettant de simuler la dynamique à moyen terme de la végétation herbacée dans les prairies permanentes, en tenant compte à la fois de la productivité et de la biodiversité. Les prairies sont des réservoirs présentant une forte biodiversité végétale, qui soutiennent de nombreux services écosystémiques. Sur le plan agricole, cette importante diversité contribue à la qualité de la production fourragère, et de plus, elle permet une plus grande résistance de la végétation face à des changements climatiques (réchauffement moyen, vagues de chaleur et de sécheresse).Pourtant, cette notion clé de biodiversité n'est que faiblement prise en considération dans la modélisation de l'écosystème prairial : elle est souvent absente ou alors présente sous une forme très simplifiée. En réponse à ces considérations, ces travaux de thèse présentent la construction d'un modèle de succession basé sur des processus, décrit par un système d'équations différentielles ordinaires, qui représente la dynamique de la végétation aérienne des prairies tempérées. Ce modèle intègre les principaux facteurs écologiques impactant la croissance et la compétition des espèces herbacées, et peut s'ajuster à n'importe quel niveau de diversité, par le choix du nombre et de l'identité des espèces initialement présentes dans l'assemblage. Ce formalisme mécaniste de modélisation nous permet alors d'analyser les relations qui lient diversité, productivité et stabilité, en réponse à différentes conditions climatiques et différents modes de gestion agricole.Ce modèle mathématique représente la composition du couvert végétal par plusieurs variables d'état, qui décrivent les valeurs de biomasse d'espèces dominantes ou de type fonctionnel de plantes. Or la taille du réservoir initial d'espèces considérée peut avoir des conséquences sur les résultats de la dynamique simulée de l'écosystème, en terme de productivité, de diversité et de stabilité. Ce choix peut également influencer la sensibilité du modèle à différents paramètres de forçage qui le composent. Pour traiter cette question, nous développons une méthode basée sur les outils d'analyse de sensibilité, pour comparer les comportements de versions alternatives du modèle, qui se distinguent par leur niveau de diversité qu'elles considèrent. Soulignons que cette méthodologie présente un aspect novateur, en effectuant l'analyse de sensibilité du modèle par l'utilisation d'arbres de régression multivariée. Nous évaluons et comparons la sensibilité de chacune de ces versions alternatives du modèle aux paramètres de contrôle clés du modèle, qui sont liés à la fertilité du sol, au climat et à la gestion agricole. Nous établissons que la sensibilité de la structure de la communauté et de l'homogénéité de la répartition des espèces au sein de l'assemblage aux paramètres de contrôle diffère considérablement selon le niveau de diversité considéré. Nous montrons un glissement, en réponse à l'augmentation de la taille du réservoir d'espèces, depuis une forte importance de la fertilité du sol vers une forte importance d'intensité du traitement agricole. Ces résultats soulignent alors le besoin de prendre en compte le rôle clé joué par la biodiversité dans les modèles de l'écosystème prairial, de par son impact sur le comportement des dynamiques simulées. De plus, pour rendre correctement compte des interactions au sein de la végétation, le nombre d'espèces considéré dans le modèle doit être suffisamment important. Enfin, nous comparons les simulations de végétation de ce modèle à des mesures issues de deux sites expérimentaux, la prairie de fauche d'Oensingen, et le pâturage de Laqueuille. Les résultats de ces comparaisons sont encourageants et soulignent la pertinence du choix et de la représentation des processus écologiques clés qui composent ce modèle mécaniste. Ce travail de thèse propose donc un modèle, en total adéquation avec les besoins actuels en terme de modélisation de l'écosystème prairial, qui permet de mieux comprendre la dynamique de la végétation herbacée et les interactions entre productivité, diversité et stabilité.

Ecosystem restoration has been identified as one approach to slow down the loss of biodiversity and to protect all the biodiversity-based goods and services from which humankind benefits. Restoration feeds from knowledge coming from both community ecology and restoration ecology. The objectives of the thesis are to provide insights on both the dynamics of a mediterranean steppe after changes in land-use and the implementation of techniques which could be applied to restore this ecosystem after severe anthropogenic disturbances. The thesis takes as a study object the La Crau Mediterranean steppe, and especially former cultivated fields to study the recovery after cultivation and the Cossure large scale rehabilitation project to experiment rehabilitation and restoration techniques. Concerning dynamics after severe exogenous anthropogenic disturbances, we confirmed the low resilience of the steppe plant community both at mid- (30-40 years) and long-term (150 years) while the resilience of soil parameters and mycorrhizal infestation rate are effective on the long-term. Moreover we confirmed the role played by the three filters in the plant community recovery and found that for the La Crau steppe, this is firstly driven by the abiotic filter, then by the dispersion filter and finally by the biotic filter. Given this low resilience, we tested several restoration techniques applied at large-scale within the Cossure rehabilitation project: nurse species seeding, topsoil removal, hay transfer and soil transfer. In order to assess the efficiency of restoration techniques we developed indices to measure the community structure integrity, disentangling lower and higher abundances compared to the reference. The best results were obtained with soil transfer, followed by topsoil removal, then nurse species seeding and finally hay transfer. The research conducted for this thesis shows that current knowledge in ecological restoration makes it possible to restore at least partially some La Crau ecosystem components, but ought to lead us to understand the importance of in situ conservation of natural habitats as a better alternative to restore them after they were destroyed., La restauration écologique a été identifiée comme une approche permettant notamment de ralentir la perte de biodiversité et de maintenir tous les biens et services issus de cette biodiversité desquels dépend le bien être de notre civilisation actuelle. Cette restauration des écosystèmes se base sur des connaissances provenant à la fois de l'écologie des communautés et de l’écologie de la restauration. Les objectifs de la thèse sont donc de comprendre la dynamique d’une steppe méditerranéenne après changements d’usage ainsi que la mise en oeuvre de techniques qui pourraient être appliquées à la restauration de cet écosystème après une perturbation anthropique sévère. La thèse a pour objet d'étude la steppe méditerranéenne de la plaine de Crau, et notamment d’anciennes cultures pour étudier la recolonisation spontanée après perturbation et le projet de réhabilitation à grande échelle de Cossure pour les expérimentations sur les techniques de restauration. En ce qui concerne la dynamique après une perturbation anthropique exogène sévère, nous avons confirmé la faible résilience de la communauté végétale steppique à la fois à moyen (30-40 ans) et long terme (150 ans), tandis que les paramètres du sol et le taux d'infestation des mycorhizes sont résilients sur le long terme. En outre, nous avons confirmé le rôle joué par les trois filtres dans la recolonisation des communautés végétales. En ce qui concerne la steppe de la Crau, la recolonisation est déterminée en premier par le filtre abiotique, puis par le filtre de dispersion et enfin par le filtre biotique. Compte tenu de la faible résilience de la communauté, nous avons testé plusieurs techniques de restauration appliquées à grande échelle au sein du projet de réhabilitation de Cossure: le semis d’espèces nurses, l'étrépage de sol, le transfert de foin et le transfert de sol. Afin d'évaluer l'efficacité des techniques de restauration, nous avons développé des indices pour mesurer « l 'intégrité » de la structure de la communauté permettant de distinguer les abondances inférieures des abondances supérieures par rapport à la communauté de référence. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le transfert du sol, suivi par l’étrépage de sol, puis le semis d’espèces nurses et enfin le transfert de foin. Ces résultats ont toutefois confirmé la difficulté de restaurer totalement la communauté végétale steppique. Les recherches menées au sein de cette thèse montrent que les connaissances actuelles en matière de restauration écologique permettent de restaurer au moins partiellement certaines composantes de cet écosystème, mais suggèrent de mettre un maximum de moyens pour la conservation in situ des habitats naturels plutôt que de devoir les restaurer après qu'ils aient été détruits.

/ Le mémoire présente les travaux effectués depuis 1999 au Cemagref de Clermont-Ferrand (jusqu'en 2004) puis au Cemagref d'Aix-en-Provence concernant l'étude des boisements spontanés. Trois thématiques sont abordées. La première traite de l'étude de la dynamique ligneuse après abandon cultural ou pastoral. Après l'analyse des différents processus de l'afforestation spontanée, un simulateur a été produit permettant de modéliser la dynamique de colonisation par le pin sylvestre et mettant en exergue le rôle des fenêtres de régénération. La deuxième thématique aborde les conséquences de la mise en place des boisements spontanés sur la végétation et les propriétés des sols. Les travaux ont souligné en particulier le rôle des héritages liés aux pratiques culturales anciennes sur les compositions de flore et les caractéristiques des sols. Enfin la troisième thématique concerne la gestion des boisements spontanés notamment pour les pinèdes à pin d'Alep en région méditerranéenne. Les travaux font appel à l'ingénierie écologique et portent sur le pilotage des dynamiques naturelles de succession et l'obtention de peuplements mélangés pin/chêne.

The temporary ponds have been less studied in Northern Africa than in Mediterranean Europe. Moreover, no study is devoted to the ecology of these ponds in Numidia (North-Eastern Algeria). Thus to fill this gap, we have surveyed 26 temporary ponds and we have examinated the fluctuations of plant assemblages and hydrology. These samples were performed monthly (nine months) during the hydroperiod and along three annual cycles (1998-2001). The studied ponds are distributed along two transects of 90 km. We obtain a table of 539 relevés and 136 plant taxa. This table was submitted to an ACP and then to a Discrimin : Between analysis. This analysis allows to distinguish temporal and spatial effects : the first describes the succession of taxa, and the second the typology of ponds. Our results show that the temporal effect conveyied two periods (summer-autumn and winter-spring) with respectively Panicum repens and Ranunculus baudotii. The spatial effect permits to divide the twenty-six temporary ponds into three groups : group 1, Characeae and Juncus acutus ; group 2, Callitriche obtusangula and Isoetes velata subsp. typica ; group 3, C. obtusangula and Alisma plantago-aquatica. An appendix includes a detailed description of these 26 temporary ponds, with some data related to plant richness and a focus about the most outstanding biogeographic elements present within the «afrotropical relict pocket » ., La dynamique écologique des milieux endoréiques temporaires méditerranéens a été peu étudiée en Afrique du Nord, et jamais en Numidie (NE algérien). Dans cette région, 26 mares temporaires ont fait l’objet de suivis phytoécologiques et hydrologiques et la végétation a été systématiquement échantillonnée chaque mois durant l’hydropériode, au cours de trois cycles annuels (1998-2001). Les stations étudiées sont distribuées le long de deux transects de 90 km environ. Une analyse inter-classes a été appliquée sur un tableau rassemblant 539 relevés et 136 espèces végétales. Cette analyse a pour but de séparer deux effets, l’un temporel qui permet de décrire la succession des espèces, l’autre spatial qui est relatif à la typologie stationnelle. Les résultats permettent de distinguer nettement deux périodes dans l’année (été/ automne et hiver/ printemps), définies notamment par la présence de Panicum repens d’une part et de Ranunculus baudotii d’autre part. La typologie aboutit à définir trois groupes parmi les mares, déterminés successivement par : groupe 1, Characeae et Juncus acutus ; groupe 2, Callitriche obtusangula et Isoetes velata subsp. typica ; groupe 3, C. obtusangula et Alisma plantago-aquatica. Une annexe comporte une description détaillée des 26 hydrosystèmes de mares temporaires et permet d’en percevoir la richesse floristique, incluant la présence remarquable d’un élément original représentatif d’une «poche relictuelle afrotropicale » ., Bélair Gérard de. Dynamique de la végétation de mares temporaires en Afrique du Nord (Numidie orientale, NE Algérie). In: Ecologia mediterranea, tome 31,2005. pp. 83-100.

Michele Tremolieres Thierry Gauquelin Jean-Michel Carnus; Since sewage sludge dumping has been banned in the EEC, there is renewed interest in studying new ways of recycling it. Mediterranean areas are prone to recurrent fires and violent precipitation events that favour erosion and soil impoverishment. Calcareous degraded soils are often colonized by stable Quercus coccifera garrigues that are adapted to low resource availability, and consequently tree installation is delayed. There, organic amendment could increase soil fertility level, modify the vegetation dynamics and the dominance relationships, and could improve succession and resilience processes, as well as reforestation. Two experiments were settled in Provence (South-eastern France) to study the effect of co-composted sewage sludge and green wastes on the dynamics of the garrigue ecosystem. First, we superficially spread 0, 50 and 100 Mg.ha-1of fresh compost in the natural garrigue biotope, and observed the consequences on ecosystem functioning. Soil, vegetation, and litter microorganisms compartments were monitored during the two years following amendment (2002-2004). Secondly, three rates of fresh compost (0, 20, and 40 kg.m-2) were incorporated into the soil at the stem of planted seedlings. The tree density was 400 seedlings.ha-1, and so 8 and 16 Mg.ha-1 of fresh compost were globally spread. The evolution of soil properties and the development of trees were followed respectively for three years (2001-2003) and two years (2002-2003). Amendment durably (2 years) and efficiently improved soil fertility. However, the soil was greatly enriched in P and Zn, which could lead to serious water pollution problems and to toxic effects on microorganisms. These two elements limit sewage-sludge compost use in natural areas, and repeated amendment at similar rates are not considerable. Compost amendment in the plantation globally improved reforestation by enhancing seedling growth and nutrition, and particularly by increasing their survival under drought. In addition, compost spreading generated fertile patches in garrigue biotope, in which succession processes could locally be enhanced and tree installation later favoured, especially Pinus halepensis'. Moreover, functional diversity is increased by compost spreading, as seeders are improved, which could increase the global resilience of ecosystem after fire. These beneficial effects of compost rather occurred for the intermediate rates. Moreover, the maximal rates should not be used because the fungal colonization of Quercus coccifera litter was depleted on D100, and because P and Zn pollution risks increased with amendment rate. However, the calcareous nature of the experimental soil and the high compost maturity limited water exportations and the plant contamination by potentially toxic elements. Compost superficial spreading rather increased plant sensitivity to drought, while it decreased when compost and soil were mixed. Finally, the compost spreading in garrigue had multiple effect (fertilization, crushing and mulching) and highlighted plant specific strategies in nutrient management and productivity. This work showed the relative importance of species on ecosystem functioning, identified key species for element cycling, and pointed out the complementarity resource use that exist in such natural ecosystem.; Depuis que la Communauté européenne a interdit la mise en décharge des déchets non ultimes, la recherche de nouveaux débouchés pour les boues d'épuration devient cruciale. En région méditerranéenne, les feux récurrents et les précipitations parfois violentes favorisent l'érosion et induisent l'appauvrissement des sols. Les sols calcaires dégradés sont souvent colonisés par des formations végétales stables à Quercus coccifera, adaptées à un faible niveau de ressources, ce qui ralentit l'installation naturelle des arbres. Dans de tels milieux, un amendement organique pourrait améliorer la fertilité du sol, modifier la dynamique et les relations de dominance de la végétation, et favoriser les processus de succession et de résilience, ainsi que la reforestation. Deux expérimentations ont été menées en Provence pour étudier les effets d'apports de compost de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la dynamique d'un écosystème de garrigue. Premièrement, 0, 50, et 100 t.ha-1 de compost brut ont été épandues en surface dans le biotope naturel de garrigue, et les conséquences sur le fonctionnement de l'écosystème ont été étudiées. Les compartiments sol, végétation et microorganismes de la litière ont été suivis pendant deux ans après amendement (2002-2004). Deuxièmement, nous avons incorporé au sol trois doses de compost brut (0, 20, et 40 kg.ha-1) au pied de jeunes plants d'arbres. L'évolution des propriétés édaphiques et du développement des arbres a été suivie respectivement pendant trois ans (2001-2003) et deux ans (2002-2003). L'amendement a durablement (2 ans) et efficacement amélioré la fertilité du sol. Cependant, le sol a été fortement enrichi en P et Zn, ce qui pourrait entraîner des problèmes sérieux de pollution des eaux et de toxicité sur les microorganismes. Ces deux éléments limitent l'utilisation de compost de boues dans les milieux naturels, et des amendements répétés aux doses étudiées sont inenvisageables. Dans la plantation, l'amendement a globalement favorisé le processus de reforestation en améliorant la nutrition et la croissance des plants, et surtout en augmentant leur survie en période de sécheresse. En outre, l'apport de compost en surface a généré l'apparition d'îlots fertiles dans le biotope garrigue, au sein desquels les processus de succession végétale pourraient être localement optimisés, ce qui pourrait favoriser à terme la colonisation par la strate arborée, notamment par Pinus halepensis. Par ailleurs, l'amendement augmente la diversité fonctionnelle en garrigue du fait de son effet bénéfique sur les espèces semencières, ce qui pourrait améliorer la résilience de l'écosystème après incendie. Ces effets bénéfiques du compost se produisent surtout pour les doses intermédiaires. L'utilisation de compost aux doses maximales testées devrait être abandonnée, du fait d'une dépréciation de la colonisation fongique de la litière de Quercus coccifera observée pour 100t.ha-1, et du fait d'une augmentation des risques de pollution par le P et le Zn proportionnellement au taux d'apport. Cependant, la nature calcaire du sol expérimental et la maturité élevée du compost ont limité les phénomènes d'exportation vers les eaux et la contamination des plantes par les éléments potentiellement toxiques. L'apport de compost en surface a plutôt augmenté la sensibilité des plantes à la sécheresse, alors que celle-ci a diminué lorsque le compost a été apporté en mélange au sol. Enfin, l'apport de compost en garrigue a eu des effets multiples (fertilisation, écrasement, dépôt d'une couche fertile) et a permis de mettre en évidence les stratégies spécifiques des plantes dans la gestion des nutriments et de la productivité. Ce travail montre l'importance relative des espèces végétales sur le fonctionnement de l'écosystème, identifie les espèces clef pour le recyclage des éléments, et illustre la complémentarité d'utilisation des ressources qui existe au sein de l'écosystème naturel de garrigue.

Ecosystem restoration has been identified as one approach to slow down the loss of biodiversity and to protect all the biodiversity-based goods and services from which humankind benefits. Restoration feeds from knowledge coming from both community ecology and restoration ecology. The objectives of the thesis are to provide insights on both the dynamics of a mediterranean steppe after changes in land-use and the implementation of techniques which could be applied to restore this ecosystem after severe anthropogenic disturbances. The thesis takes as a study object the La Crau Mediterranean steppe, and especially former cultivated fields to study the recovery after cultivation and the Cossure large scale rehabilitation project to experiment rehabilitation and restoration techniques. Concerning dynamics after severe exogenous anthropogenic disturbances, we confirmed the low resilience of the steppe plant community both at mid- (30-40 years) and long-term (150 years) while the resilience of soil parameters and mycorrhizal infestation rate are effective on the long-term. Moreover we confirmed the role played by the three filters in the plant community recovery and found that for the La Crau steppe, this is firstly driven by the abiotic filter, then by the dispersion filter and finally by the biotic filter. Given this low resilience, we tested several restoration techniques applied at large-scale within the Cossure rehabilitation project: nurse species seeding, topsoil removal, hay transfer and soil transfer. In order to assess the efficiency of restoration techniques we developed indices to measure the community structure integrity, disentangling lower and higher abundances compared to the reference. The best results were obtained with soil transfer, followed by topsoil removal, then nurse species seeding and finally hay transfer. The research conducted for this thesis shows that current knowledge in ecological restoration makes it possible to restore at least partially some La Crau ecosystem components, but ought to lead us to understand the importance of in situ conservation of natural habitats as a better alternative to restore them after they were destroyed, La restauration écologique a été identifiée comme une approche permettant notamment de ralentir la perte de biodiversité et de maintenir tous les biens et services issus de cette biodiversité desquels dépend le bien être de notre civilisation actuelle. Cette restauration des écosystèmes se base sur des connaissances provenant à la fois de l'écologie des communautés et de l’écologie de la restauration. Les objectifs de la thèse sont donc de comprendre la dynamique d’une steppe méditerranéenne après changements d’usage ainsi que la mise en oeuvre de techniques qui pourraient être appliquées à la restauration de cet écosystème après une perturbation anthropique sévère. La thèse a pour objet d'étude la steppe méditerranéenne de la plaine de Crau, et notamment d’anciennes cultures pour étudier la recolonisation spontanée après perturbation et le projet de réhabilitation à grande échelle de Cossure pour les expérimentations sur les techniques de restauration. En ce qui concerne la dynamique après une perturbation anthropique exogène sévère, nous avons confirmé la faible résilience de la communauté végétale steppique à la fois à moyen (30-40 ans) et long terme (150 ans), tandis que les paramètres du sol et le taux d'infestation des mycorhizes sont résilients sur le long terme. En outre, nous avons confirmé le rôle joué par les trois filtres dans la recolonisation des communautés végétales. En ce qui concerne la steppe de la Crau, la recolonisation est déterminée en premier par le filtre abiotique, puis par le filtre de dispersion et enfin par le filtre biotique. Compte tenu de la faible résilience de la communauté, nous avons testé plusieurs techniques de restauration appliquées à grande échelle au sein du projet de réhabilitation de Cossure: le semis d’espèces nurses, l'étrépage de sol, le transfert de foin et le transfert de sol. Afin d'évaluer l'efficacité des techniques de restauration, nous avons développé des indices pour mesurer « l 'intégrité » de la structure de la communauté permettant de distinguer les abondances inférieures des abondances supérieures par rapport à la communauté de référence. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le transfert du sol, suivi par l’étrépage de sol, puis le semis d’espèces nurses et enfin le transfert de foin. Ces résultats ont toutefois confirmé la difficulté de restaurer totalement la communauté végétale steppique. Les recherches menées au sein de cette thèse montrent que les connaissances actuelles en matière de restauration écologique permettent de restaurer au moins partiellement certaines composantes de cet écosystème, mais suggèrent de mettre un maximum de moyens pour la conservation in situ des habitats naturels plutôt que de devoir les restaurer après qu'ils aient été détruits