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In a context of climate change and the erosion of marine biodiversity, ecological monitoring of the most sensitive marine habitats is of paramount importance. In particular, there is a need for operational methods that enable decision-makers and managers to establish relevant conservation measures and to evaluate their effectiveness. TEMPO and RECOR are two monitoring networks focusing on Posidonia meadows and coralligenous reefs, the two richest and most sensitive habitats in the Mediterranean. The objective of this thesis is to meet the needs of effective monitoring of marine habitats by developing methods for assessing their health, based on two key image analysis methods: convolutional neural networks and photogrammetry. The results show that convolutional neural networks are capable of recognizing the main species of coralligenous assemblages in underwater photographs from RECOR, with a precision similar to that of an expert taxonomist. Furthermore, we have shown that photogrammetry can reproduce a marine habitat in three dimensions with a high degree of accuracy, sufficient for monitoring habitat structure and species distribution at a fine scale. Based on these reconstructions, we have developed a method for automatic mapping of Posidonia meadows, enabling temporal monitoring of the ecological quality of this sensitive habitat. Finally, we characterized the three-dimensional structure of coralligenous reefs based on their photogrammetric reconstructions and studied the links with the structuring of the assemblages that make them up. This PhD work has led to the development of operational methods that are now integrated into the TEMPO and RECOR monitoring networks. Results of this work paves the way for future research, in particular concerning characterization of the biological activity of coralligenous reefs thanks to the coupling of photogrammetry, neural networks and underwater acoustics., Dans un contexte de changement climatique et d’érosion de la biodiversité marine, la surveillance écologique des habitats marins les plus sensibles est primordiale et nécessite des méthodes opérationnelles de suivi permettant aux décideurs et gestionnaires d’établir des mesures de conservation pertinentes et d’évaluer leur efficacité. TEMPO et RECOR sont deux réseaux de surveillance centrés sur les herbiers de posidonie et les récifs coralligènes, les deux habitats les plus riches et sensibles de Méditerranée. L’objectif de cette thèse est de répondre aux besoins de la surveillance des habitats marins par le développement de méthodes d’évaluation de leur état de santé, basées sur deux techniques d’analyses d’images clés : les réseaux de neurones convolutifs et la photogrammétrie. Les résultats montrent que les réseaux de neurones convolutifs sont capables de reconnaître les principales espèces des assemblages coralligènes sur des photos sous-marines issues de RECOR, avec une précision semblable à celle d’un expert taxonomiste. Par ailleurs, nous avons montré que la photogrammétrie permettait de reproduire en 3D un habitat marin avec une grande précision, suffisante pour un suivi de la structure de l’habitat et de la distribution d’espèces à fine échelle. À partir de ces reconstructions, nous avons mis au point une méthode de cartographie automatique des herbiers de posidonie, permettant de réaliser un suivi temporel de la qualité écologique de cet habitat sensible. Enfin, nous avons caractérisé la structure 3D des récifs coralligènes à partir de leurs reconstructions photogrammétriques et étudié les liens avec la structuration des assemblages qui les composent. Ce travail de thèse a permis de développer des méthodes opérationnelles, aujourd’hui intégrées aux réseaux de surveillance TEMPO et RECOR, et ouvre la voie à de futures recherches, notamment la caractérisation de l’activité biologique des récifs coralligènes grâce au couplage entre photogrammétrie, réseaux de neurones et acoustique sous-marine.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARE [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples; International audience; The Minimal Scientific Monitoring project suggests a monitoring methodology for hydromorphological river restoration. This project is conceived following "BACI" design, meaning Before and After restoration, and Control-Impact sites. Monitoring is led following standardized protocols upon biological, hydromorphological and physico-chemicals components over the mid-term (up to 3 years before and at least 7 years after restoration). The purpose of the project is to supply a guide for ambitious restoration project monitoring, aiming at assessing restoration effects on physical and biological components. The project is based on multi-scale collaborations, involving all actors from local water managers to scientifists, through French water Agencies and French Biodiversity Agency. This project, born in 2010, is now subject to important updates, including a more operational guide, in order to gain homogeneity and improve data storage.; Le Suivi Scientifique Minimal propose une méthode de suivi standardisée des opérations de restauration hydromorphologique en cours d'eau. Ce suivi est conçu selon un design "BACI", c'est-à- dire avant-après restauration, sur le secteur restauré et des secteurs témoin. Il concerne les compartiments biologiques, hydromorphologiques et physico-chimiques dont le suivi est assuré suivant des protocoles standardisés et sur le moyen terme (jusqu'à 3 ans avant travaux et au moins 7 ans après). L'idée du projet est de fournir un guide de suivi des opérations de restauration ambitieuses, pour permettre d'évaluer, à l'échelle du site, les effets d'une opération de restauration sur les compartiments physique et biologique. Le projet s'appuie sur une collaboration entre tous les acteurs, du gestionnaire au scientifique en passant par l'Agence de l'eau et l'Agence Française pour la Biodiversité (AFB). Ce projet, né en 2010, fait actuellement l'objet d'importants travaux, incluant la rédaction d'un guide plus opérationnel, afin de rendre les suivis plus homogènes et d'améliorer leur bancarisation.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARE [Relecteur_IRSTEA]Westrelin, S. ; Raymond, J.C. ; Dublon, J.; Lakes host a great biodiversity but supply numerous human services which can damage them in various ways. To compensate these alterations, several restoration measures are carried out. Here, we focus on hydromorphological restoration with a bibliographical review of techniques and a sketch of monitoring methods used to follow the efficiency of actions. Hydromorphological restoration in lakes gather six groups of techniques: restoration of natural water level fluctuations, reshaping of banks, reed bed restoration, restoration of bank vegetation, creation of habitats and creation or restoration of spawning grounds. This review is completed with a national survey addressed to government agencies and managers. It aims to select sites with planned restoration programs. On this basis, a network of experimental sites could be created where to standardize operational monitoring of restoration (diagnosis, definition of the experimental sites, initial state, long term monitoring, definition of compartments to monitor, definition of protocols). The survey realized in the beginning of 2016 shows the interest of managers for restoration of natural characteristics and altered functionalities of lakes. In a first step, we have selected 30 potential sites to create this network.; Les plans d'eau, qui accueillent une grande biodiversité, satisfont de nombreux usages qui causent de nombreuses altérations de ces écosystèmes. Pour compenser ces altérations, diverses restaurations sont entreprises. Nous nous concentrons sur la restauration hydromorphologique au moyen d'une analyse bibliographique recensant les techniques mises en oeuvre et ébauchons les méthodes de suivi de l'efficacité de ces opérations. La restauration hydromorphologique des habitats des plans d'eau se concentre autour de six groupes de techniques : la restauration d'un marnage naturel, le remodelage des berges, la restauration de roselières, la végétalisation des berges, la diversification des milieux par création d'habitats et la création et restauration de frayères. Cette synthèse bibliographique est complétée d'une enquête nationale auprès de diverses structures (Onema, Agences de l'eau, DREAL, gestionnaires) visant notamment à sélectionner des sites avec opérations de restauration prévues. Cela permettra ensuite de créer un réseau de sites pilotes pour y harmoniser les suivis à entreprendre de façon opérationnelle (diagnostic, définition des stations, état initial, suivi long-terme, définition des compartiments à suivre, mise à disposition des protocoles). L'enquête effectuée au printemps 2016 montre l'intérêt porté par les gestionnaires pour les plans d'eau et le rétablissement de caractéristiques naturelles et de fonctionnalités altérées. Un total de 30 sites potentiels a été présélectionné pour la création du réseau de sites pilotes.

Les recherches sur le terrain des effets du changement climatique sont essentielles pour alimenter des expériences de laboratoires, pour définir des « modèles » d’évolution des espèces, de leurs habitats, pour comprendre les interactions, pour choisir des modèles mathématiques d’agrégation de données, d’extrapolation des observations avec les dispersions et les incertitudes associées. Il s’agit de comprendre la relation entre les variations climatiques et la réponse de la biodiversité. La mise en place de protocoles de suivis à long terme des indicateurs climatiques et biologiques répertoriés, standardisés et adaptés à la problématique du changement climatique est nécessaire. Dans ce cadre, des plans d’échantillonnage de suivis des indicateurs climatiques locaux et de 18 indicateurs biologiques dans les différents écosystèmes de la région Nouvelle-Aquitaine ont été élaborés. La première campagne de terrain en 2016 a permis la mise en place et le test de ces protocoles qui seront ajustés et optimisés jusqu’en 2021 pour fournir des suivis scientifiques robustes à long terme. Dans le temps, l’ensemble des données, des informations agrégées permet d’alimenter le transfert d’informations vers les acteurs des « forces motrices » (industriels, exploitants de ressources, politiques, enseignants, grand public…) qui sont en retour les sources de propositions pour mettre en œuvre une gestion, pour appliquer des éléments de réponses dans des politiques environnementales volontaires et avec l’acceptation des différentes parties prenantes.

Cette partie du projet consiste d’une part à cartographier les types de végétation et d’autre part à réaliser l’inventaire floristique le plus exhaustif possible du complexe d’îles de Mareau (nous parlerons alors de l’île de Mareau), en différenciant les îlots qui le composent. Une attention particulière est portée à l’îlot central C qui a été arasé en septembre 2012. Les résultats qui suivent s’articuleront en quatre parties distinctes : - une reconstitution historique de l’évolution de l’île de Mareau à partir de cartes anciennes et de photos aériennes ; - la cartographie proprement dite des types de végétation sur l’ensemble de l’île ; - l’évaluation de l’abondance et de la répartition des deux essences d’arbres prépondérantes dans la dynamique de la végétation : le peuplier noir et l’érable négundo ; - l’inventaire floristique des différents îlots et des berges (échelle de l’écocomplexe), en portant une attention particulière aux espèces patrimoniales et invasives.

L'objet de ce chapitre est de faire le point sur ce que l'on sait de l'état, des enjeux et des pressions - et des facteurs favorables - pesant sur la biodiversité forestière en France. Le croisement de ces différents aspects nous amène à avoir une attention particulière pour les taxons saproxyliques. / This chapter of the Bio2 study synthesizes what is known on the state, the stakes and the pressures of forest biodiversity in France. These different points of view meet to promote a particular emphasis on saproxylic taxa. Bio2 is a collective report financed by the Ministry of Ecology on the interactions between the potential increase in forest biomass harvesting and biodiversity and natural resources (soils, water...).

Nous aborderons dans cette présentation quelques points à notre avis importants afin d'améliorer les suivis existants de biodiversité en forêt. Nous commencerons par évoquer en quoi les suivis de biodiversité et leurs résultats peuvent être utiles en termes de gestion ou de politique forestières. Nous évoquerons ensuite les quantités qui pourraient et/ou devraient être suivies, en comparant notamment les suivis d'espèces avec des suivis d'indicateurs de biodiversité, et en insistant sur les problèmes associés aux conditions dans lesquelles se font l'interprétation et l'utilisation des résultats. Nous évoquerons aussi quelques résultats de notre équipe sur comment optimiser les échantillonnages de suivis dans des conditions de terrain. Enfin, nous passerons en revue les différents dispositifs existant actuellement et la manière dont ils permettent ou non de suivre la biodiversité en forêt.

La mise au point de méthodes de relevés floristiques reproductibles est un préalable indispensable à la mise en place de dispositifs de suivis floristiques. Le Cemagref de Nogent sur Vernisson est à la recherche de solutions pour rendre les inventaires naturalistes reproductibles tout en restant peu coûteux, notamment en cherchant à comprendre l'accumulation du nombre d'espèces avec l'augmentation de la surface étudiée et du temps de recherche. Des essais d'inventaires à l'échelle de la parcelle forestière ont été tentés. Les premiers résultats sont encourageants puisque nous avons pu discriminer des superficies forestières (parcelles, blocs de parcelles, massif) au regard de divers indices de biodiversité, les résultats obtenus étant en cohérence avec ceux d'autres études. Cependant, la reproductibilité des inventaires par parcelles entières n'est pas connue. Pour cette raison, l'action « flore » des « méthodes de suivi de la biodiversité en forêt » de la Convention ONF/Cemagref 2005 a été entièrement consacrée à l'étude de l'effet opérateur. Le présent rapport relate les résultats et se prononce sur la suite à donner à la méthode, avec trois issues possibles : (1) la méthode n'est pas reproductible ; (2) la méthode a une reproductibilité acceptable ; (3) la méthode pourrait devenir reproductible moyennant certaines options.

Les recherches sur le terrain sont essentielles pour comprendre les interactions entre les variations climatiques et la réponse de la biodiversité. La mise en place de protocoles de suivis standardisés à long terme des indicateurs climatiques et biologiques, évolutifs en fonction des résultats obtenus est nécessaire. En lien avec des données plus générales disponibles des observatoires naturalistes régionaux, elles seront la base de la caractérisation et des projections des impacts du changement climatique sur l’état de la biodiversité. Sur le territoire de la région Nouvelle-Aquitaine, une vingtaine d’indicateurs « sentinelles du climat » et des indicateurs météorologiques ont été développés dans 5 écosystèmes particulièrement sensibles à savoir de types dunaire, sec, humide, forestier et montagnard. En 2017, trois nouveaux indicateurs ont été ajoutés avec l’extension à la nouvelle région, en Limousin, Rainette verte, Lézard vivipare, Vipère péliade, et en Aquitaine, la Cistude d’Europe. Des plans d’échantillonnage des indicateurs ont été élaborés en 2016. Cette année a été consacrée aux tests des protocoles scientifiques de suivis de la flore et de la faune sur plus de deux cents sites à travers la région qui seront suivis jusqu’en 2021. Les premiers résultats exploratoires ont permis l’expérimentation des plans d’analyse sur une année et l’ajustement, l’optimisation des protocoles pour fournir des suivis scientifiques robustes à long terme. Essentielles pour l’élaboration de stratégies de conservation, les données de ces suivis doivent être largement diffusées. Pour que chacun devienne acteur du programme, des sciences participatives ont été élaborées sur l’étude de la phénologie d’espèces animales et végétales facilement identifiables par l’ensemble des publics visés.