Continuité écologique, fragmentation et dynamique spatio-temporelle des communautés en rivières intermittentes

par Julie Crabot

Thèse de doctorat en Écologie des communautés

Sous la direction de Thibault Datry.

Le président du jury était Sylvain Doledec.

Le jury était composé de Thibault Datry, Fabien Laroche, Claire Magand.

Les rapporteurs étaient Nuria Bonada Caparros, Thierry Oberdorff.


  • Résumé

    L’écologie vise à comprendre comment les espèces et les individus sont distribués dans l’espace et dans le temps. De nombreux progrès ont récemment été réalisés dans l’analyse spatiale des communautés mais les mécanismes ont souvent été considérés comme à l’équilibre. Cela pourrait affecter la compréhension du rôle de processus déterministes (comme l’influence de facteurs environnementaux locaux) et stochastiques (comme une variation aléatoire du taux de mortalité) dans le maintien des écosystèmes, et d’autant plus pour les milieux dynamiques régulièrement soumis à des changements drastiques des conditions environnementales. Mon objectif dans cette thèse était ainsi d’améliorer la connaissance de la structure spatiale et temporelle des communautés en milieu dynamique en s’appuyant sur le cas de rivières intermittentes, sujettes à des cessation d’écoulement et/ou des assèchements. Le Chapitre 3 a contribué à l’amélioration d’un outil largement utilisé dans les analyses spatiales de communautés. En effet, les tests de Mantel, visant à mesurer la corrélation entre deux matrices de distance et tester sa significativité, sont un outil courant dans l’étude des métacommunautés pour mesurer la contribution du filtre environnemental et de la dispersion. Nous avons montré que la Moran Spectral Randomization permettait de corriger la surestimation de la corrélation entre deux matrices de distance présentant une autocorrélation spatiale. Nos résultats suggèrent que les analyses de communautés fondées sur ces tests ont pu surestimer la part accordée au filtre environnemental dans la structuration des communautés et que notre méthode permettra à de futures analyses de s’affranchir de ce biais. Les tests de Mantel étant utilisé dans d’autres domaines tels que la génétique, l’amélioration que nous proposons pourrait avoir des implications plus larges que le cadre de l’écologie des communautés. Dans le Chapitre 4, j’ai montré que la distribution spatiale et temporelle des assecs pouvait influencer la dynamique des communautés en rivière intermittente. L’influence de la localisation d’une perturbation, définie ici comme un changement extrême des conditions environnementales, sur la structure de communautés avec une dispersion contrainte dans une direction de l’espace avait été testée avec des simulations et sur des mésocosmes mais cela n’avait encore jamais été testé sur des données in situ. Les bassins versants avec des assèchements en amont présentaient des communautés plus dissimilaires entre elles que les communautés de bassins versants avec des assèchements en aval. Les assèchements en amont du réseau ont pu freiner la recolonisation par les organismes aquatiques, conduisant à moins d’homogénéisation des communautés. La fréquence et la durée des assecs avaient également une influence sur la dynamique temporelle des communautés, menant globalement à une plus grande variabilité dans le temps des taxons et des traits biologiques observés à un site, cette relation dépendant par ailleurs de la configuration spatiale d’assèchement. En comparant des rivières françaises exposées à des assèchements depuis des siècles et des rivières tchèques exposées à des assèchements depuis moins d’une décennie et dont l’intermittence est due à des perturbations anthropiques, j’ai montré des différences de réponse des communautés aquatiques à l’intermittence (Chapitre 5). Considérer la diversité bêta spatiale et temporelle a permis de mettre en évidence la plus forte variabilité de composition taxonomique qu’induisent les assèchements sur les communautés des rivières tchèques. De plus, une forte sensibilité des taxons résilients à l’augmentation de l’intermittence ayant été mise en évidence dans le Chapitre 5 pour les rivières qui ne sont pas naturellement intermittentes, l’augmentation de la durée et la longueur des assèchements attendue avec le changement climatique pourraient menacer le rétablissement des communautés après un assec dans ces rivières

  • Titre traduit

    Ecological continuity, fragmentation and spatio-temporal dynamic of communities in intermittent rivers


  • Résumé

    Ecology aims at understanding how species and individuals are distributed in space and time. Progress has been recently made in spatial analyses of communities but structuring mechanisms are often considered as static or stable over time. This could affect the understanding of the role of deterministic (such as the influence of local environmental factors) and stochastic processes (such as random fluctuations of mortality rates) in maintaining ecosystems, especially for dynamic ecosystems regularly exposed to drastic changes of environmental conditions. My objective in this thesis was to improve knowledge on spatial and temporal structures of communities in dynamic ecosystems, based on the study of intermittent rivers, experiencing interruption of flow and/ or loss of surface water. The Chapter 3 contributed to improve a statistical tool routinely used in spatial analyses of community. Mantel tests, measuring the correlation between two distance matrices and its significance, are frequently used to study to which extent environmental filtering and dispersal structure metacommunities. We showed that Moran Spectral Randomization allowed us to correct the overestimation of the correlation between distance matrices when they presented spatial autocorrelation. Our results suggest that community analyses based on those tests may have overestimated the structuring role of environmental filtering and that our method will allow future analyses to avoid this bias. In addition, Mantel tests being used in other domains such as genetics, the improvement suggested here will have larger outcomes than community ecology. In Chapter 4, I showed that spatial and temporal distributions of drying event influenced community dynamics in intermittent rivers. The influence of the spatial pattern of disturbances, defined here as an extreme change of environmental conditions, had been previously tested with simulations and mesocosms but not in situ. Upstream-drying river basins harboured more dissimilar communities compared to downstream-drying basins. Upstream drying events may restrain recolonization for aquatic dispersers and lead to a lesser homogenisation of communities. Frequency and duration of drying events also influenced the temporal dynamics of communities and generally led to a higher temporal variability of taxonomic and functional compositions; this relationship was, however, dependent on the spatial drying pattern. By comparing French rivers that have been exposed to drying for centuries and Czech rivers recently exposed to flow intermittence caused by anthropic disturbances, I showed that aquatic communities responded differently to intermittence (Chapter 5). Measuring spatial and temporal beta diversity highlighted the higher variability of communities induced by drying in Czech rivers from both taxonomic and functional perspectives. In addition, a higher sensitivity of resilient taxa to increasing flow intermittence was found in Chapter 5 for non-natural intermittent rivers and this suggests that the increase of drying duration and drying length induced by climate change might jeopardize the recovery of community of these ecosystems after drying in near future


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