Dissertations / Theses: 'Modélisation dynamique des écosystèmes'

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Moulin, Thibault. "Modélisation mathématique de la dynamique des communautés herbacées des écosystèmes prairiaux." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD075/document.

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Abstract:

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 processuscomplexes. Le principal objectif de cette thèse est de développer un modèle permettant de simuler la dynamiqueà moyen terme de la végétation herbacée dans les prairies permanentes, en tenant compte à lafois de la productivité et de la biodiversité. Les prairies sont des réservoirs présentant une forte biodiversitévégétale, qui soutiennent de nombreux services écosystémiques. Sur le plan agricole, cette importantediversité contribue à la qualité de la production fourragère, et de plus, elle permet une plus grande résistancede la végétation face à des changements climatiques (réchauffement moyen, vagues de chaleur etde sécheresse).Pourtant, cette notion clé de biodiversité n’est que faiblement prise en considération dans la modélisationde l’écosystème prairial : elle est souvent absente ou alors présente sous une forme très simplifiée. Enréponse à ces considérations, ces travaux de thèse présentent la construction d’un modèle de successionbasé sur des processus, décrit par un système d’équations différentielles ordinaires, qui représente ladynamique de la végétation aérienne des prairies tempérées. Ce modèle intègre les principaux facteursécologiques impactant la croissance et la compétition des espèces herbacées, et peut s’ajuster à n’importequel niveau de diversité, par le choix du nombre et de l’identité des espèces initialement présentes dansl’assemblage. Ce formalisme mécaniste de modélisation nous permet alors d’analyser les relations qui lientdiversité, productivité et stabilité, en réponse à différentes conditions climatiques et différents modes degestion agricole.[...]Ces résultats soulignent alors le besoin de prendre en compte le rôle clé joué par la biodiversité dansles 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’espècesconsidéré dans le modèle doit être suffisamment important. Enfin, nous comparons les simulations devégétation 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 soulignentla pertinence du choix et de la représentation des processus écologiques clés qui composent ce modèlemécaniste.Ce travail de thèse propose donc un modèle, en total adéquation avec les besoins actuels en terme demodélisation de l’écosystème prairial, qui permet de mieux comprendre la dynamique de la végétationherbacée et les interactions entre productivité, diversité et stabilité
Dynamic modelling of ecological systems is an essential method to understand, predict and control thedynamics of semi-natural ecosystems, which involves complex processes. The main objective of this PhDthesis is to develop a simulation model of the medium- and long-term dynamics of the herbaceous vegetationin permanent grasslands, taking into account both biodiversity and productivity. Grasslandecosystems 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, andbesides, it induces a higher ability of the vegetation cover to resist to different climatic scenarios (globalwarming, heat and drought waves).However, this key aspect of biodiversity is only poorly included in grassland models : often absent ofmodelling or included in a very simple form. Building on those considerations, this PhD work exposes thewriting of a process-based succession model, described by a system of Ordinary Differential Equationsthat simulates the aboveground vegetation dynamics of a temperate grassland. This model implementedthe main ecological factors involved in growth and competition processes of herbaceous species, and couldbe adjust to any level of diversity, by varying the number and the identity of species in the initial plantcommunity. 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 statevariables, describing biomass compartments of some dominant species or plant functional types. The sizeof the initial species pool could have consequences on the outcome of the simulated ecosystem dynamicsin terms of grassland productivity, diversity, and stability. This choice could also influence the modelsensitivity to forcing parameters. To address these issues, we developed a method, based on sensitivityanalysis tools, to compare behaviour of alternative versions of the model that only differ by the identityand number of state variables describing the green biomass, here plant species. This method shows aninnovative aspect, by performing this model sensitivity analysis by using multivariate regression trees. Weassessed 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 ofcommunity structure and species evenness differed markedly among alternative models, according tothe 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 sizeof the species pool increased.These results highlight the need to take into account the role of species diversity to explain the behaviourof grassland models. Besides, to properly take into account those interactions in the grassland cover, theconsidered species pool size considered in the model needs to be high enough. Finally, we compare modelsimulations of the aboveground vegetation to measures from two experimental sites, the mowing grasslandof Oensingen, and the grazing grassland of Laqueuille. Results of these comparison are promising andhighlight the relevance of the choice and the representation of the different ecological processes includedin this mechanistic model.Thus, this PhD work offers a model, perfectly fitting with current needs on grassland modelling, whichcontribute to a better understanding of the herbaceous vegetation dynamics and interactions betweenproductivity, diversity and stability

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Hajji, Miled El. "Modélisation et analyse mathématiques pour les écosystèmes microbiens : approche par les systèmes dynamiques." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20117/document.

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Abstract:

Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch
Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch

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Gandois, Laure. "Dynamique et bilan des Elements Traces Métalliques (ETM) dans des écosystèmes forestiers français. Modélisation, spéciation et charges critiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00741901.

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Abstract:

Les Eléments Traces Métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement.

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Gandois, Laure. "Dynamique et bilan des éléments traces métalliques (ETM) dans des écosystèmes forestiers français : modélisation, spéciation et charges critiques." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/810/.

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Abstract:

Les éléments traces métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement
Trace Metals (TM: Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb and Zn) are dispersed in the atmosphere due to both natural and anthropogenic processes. Forest ecosystems can receive atmospheric inputs, even if they are located far from direct emission sources. In fact, forest ecosystems are particularly sensitive to atmospheric inputs since forest cover can interact with atmospheric pollution. Forest ecosystems are protected from TM atmospheric inputs through the definition of Critical Loads. TM impact on forest ecosystem is linked to their dynamic at the atmosphere/vegetation and soil/solution interfaces. Indeed, forest cover modifies atmospheric inputs. Moreover, it is through soil solution that TM are available to the biosphere and can reach ground and surface waters. During this work, TM content and speciation were determined in diverse compartments of the ecosystem (open field precipitation, throughfall, soil, soil solution and vegetation) on six forested catchments. TM partitioning between total and extractable content and soil solution, was studied in relation with soil parameters. PH was the most significant parameter for most TM extractability and solubility prediction. Cu and Pb solubility was also greatly influenced by complexation with organic colloids. Atmospheric inputs are moderate and regional differences reveal a stronger atmospheric influence on the North-East of France. Forest cover greatly modifies atmospheric inputs. Some fluxes (Cd, Ni, Cu and Zn) are reduced because of direct assimilation by forest canopy. Other fluxes (Pb, Cr and Sb) are increased following dry deposition accumulation on forest canopy. Elemental budget at the plot scale depend on soil type, TM solubility in soil solution and TM mobility in trees. Critical limits and loads have been evaluated and comparison with current soil solution concentration and atmospheric inputs revealed no exceedance

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Haghebaert, Marie. "Outils et méthodes pour la modélisation de la dynamique des écosystèmes microbiens complexes à partir d'observations expérimentales temporelles : application à la dynamique du microbiote intestinal." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASM036.

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Abstract:

Cette thèse est issue du projet Européen Homo.symbiosus qui étudie les transitions d'équilibre des interactions entre l'hôte et son microbiote intestinal. Pour étudier les transitions nous suivons deux directions : la modélisation mécaniste des interactions hôte-microbiote et l'analyse de données temporelles de comptage microbien.Nous avons enrichi et simulé un modèle déterministe de la crypte intestinale grâce au schéma numérique EDK, en étudiant notamment l'impact des différents paramètres en utilisant la méthode des effets élémentaires de Morris. Ce modèle s'est avéré capable de simuler d'une part des états symbiotiques et dysbiotiques des interactions et d'autre part des scénarios de transition.En parallèle, un modèle EDO compartimental du colon inspiré de travaux existants a été développé et couplé au modèle de crypte. La thèse a contribué à l'enrichissement de la modélisation du métabolisme bactérien et à la modélisation de l'immunité innée à l'échelle de la muqueuse intestinale. Une exploration numérique nous a permis d'évaluer l'influence de l'alimentation sur l'état stationnaire du modèle et d'étudier l'effet d'un scénario pathologique en mimant une brèche de la barrière épithéliale.De plus, nous avons développé une approche d'analyse des données microbiennes visant à évaluer la déviation des écosystèmes microbiens subissant une forte perturbation de leur environnement par rapport à un état de référence. Cette méthode, basée sur une classification DMM, permet d'étudier les transitions d'équilibre de l'écosystème dans le cas de données avec peu d'individus et peu de points de temps. Par ailleurs, une méthode de classification de courbes utilisant le modèle SBM a été appliquée pour étudier l'effet de différentes perturbations de l'écosystème microbien, des résultats de cette étude ont pu être utilisés pour enrichir le modèle d'interactions hôte-microbiote
This thesis stems from the European project Homo.symbiosus, which investigates the equilibrium transitions of interactions between the host and its intestinal microbiota. To study these transitions, we pursue two directions: the mechanistic modeling of host-microbiota interactions and the analysis of temporal microbial count data.We enriched and simulated a deterministic model of the intestinal crypt using the EDK numerical scheme, particularly studying the impact of different parameters using the Morris Elementary Effects method. This model proved capable of simulating, on one hand, symbiotic and dysbiotic interaction states and, on the other hand, transition scenarios between states of dysbiosis and symbiosis.In parallel, a compartmental ODE model of the colon, inspired by existing studies, was developed and coupled with the crypt model. The thesis contributed to the enhancement of bacterial metabolism modeling and the modeling of innate immunity at the scale of the intestinal mucosa. A numerical exploration allowed us to assess the influence of diet on the steady state of the model and to study the effect of a pathological scenario by mimicking a breach in the epithelial barrier.Furthermore, we developed an approach to analyze microbial data aimed at assessing the deviation of microbial ecosystems undergoing significant environmental disturbances compared to a reference state. This method, based on DMM classification, enables the study of ecosystem equilibrium transitions in cases with few individuals and few time points. Moreover, a curve classification method using the SBM model was applied to investigate the effects of various disturbances on the microbial ecosystem; the results from this study were used to enrich the host-microbiota interaction model

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Cosme, Maximilien. "Modélisation qualitative à événements discrets des dynamiques d'écosystèmes." Thesis, Université de Montpellier (2022-….), 2022. http://www.theses.fr/2022UMONG013.

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Abstract:

Les écosystèmes se déploient dans le temps au rythme des événements successifs qui modifient ses composants. Ces événements, qu'ils soient aléatoires ou non, sont les phénomènes par lesquels les écosystèmes s'assemblent et se désassemblent. Chaque séquence d'états – ou trajectoire – est une histoire possible de l'écosystème. Mais si ces événements, ou leur ordre, avait été différent, l'état futur aurait pu l'être également. Or, l'ordre des événements, du fait des limites de notre connaissance, est souvent incertain. Lorsque cette incertitude est grande, il est donc raisonnable de concevoir la dynamique de l'écosystème comme un ensemble de trajectoires possibles. Si l'ensemble des trajectoires possibles était connu, il pourrait notamment se révéler utile pour savoir si un état souhaitable est atteignable, et si oui, par quel(s) chemin(s). Dans cette thèse, nous proposons une approche de modélisation nommée EDEN (pour Ecological Discrete-Event Networks) permettant de répondre à cette question. Elle se présente sous la forme d'un formalisme dont les variables sont qualitatives et dont les valeurs sont modifiées par des règles "si-alors" représentant les événements de l'écosystème. Celles-ci sont tirées une à une, de façon non-déterministe et sans aucune probabilité. Cette approche non-déterministe et non-probabiliste a donc été qualifiée de possibiliste. Les dynamiques se présentent alors sous la forme d'un graphe états-transitions dont on peut vérifier l'existence de propriétés dynamiques (comme le fait qu'une espèce puisse persister).Dans un premier temps, une brève histoire de la modélisation en écologie des écosystèmes est présentée, avec une attention particulière aux approches de modélisation qualitatives, dont l'approche EDEN fait partie. Prenant appui sur les limites des approches existantes pour répondre à certaines questions, nous proposons l'approche EDEN et justifions la pertinence de ses propriétés par des exemples simples.Dans un second temps, l'approche EDEN est illustrée sur des écosystèmes semi-arides d'Afrique de l'Est et de l'Ouest dans le but de savoir si certains états d'intérêt sont atteignables (comme le maintien de la végétation en savane, ou de la fertilité dans un agroécosystème). Pour ce faire, nous présentons et utilisons des outils jusqu'ici peu utilisés en écologie, comme les summary graphs et les logiques temporelles. Pour un scénario donné, ces outils rendent possible de définir (1) les transitions possibles entre les états d'intérêt, (2) les conditions dans lesquelles elles peuvent advenir et (3) les événements responsables de ces transitions. En Afrique de l'Est, l'approche EDEN a permis de déterminer les effets à long terme sur la végétation et les activités humaines d'une réduction/accroissement de la disponibilité en eau de surface, indiquant une forte influence indirecte de cette dernière sur la végétation ligneuse. En Afrique de l'Ouest, en utilisant EDEN, il a été possible de déterminer les conditions permettant à de petits producteurs du sud-ouest du Burkina Faso de développer un agropastoralisme persistant, ainsi que les événements nécessaires pour atteindre un tel état.Nous discutons enfin des apports de l'ensemble des modèles EDEN à divers champs de l'écologie, ainsi que des améliorations possibles et des ponts à dresser entre l'écologie, la biologie des systèmes et l'informatique théorique
Ecosystems unfold over time in response to successive events that modify their components. These events, whether random or not, are the phenomena by which ecosystems assemble and disassemble. Each sequence of states - or trajectory - is a possible history of the ecosystem. Yet, if these events, or their order, had been different, the future state could have been different. However, the order of events, due to the limits of our knowledge, is often uncertain. When this uncertainty is important, it is therefore reasonable to conceive the dynamics of the ecosystem as a set of possible trajectories. If the set of possible trajectories were known, it could be useful to know if a desirable state is attainable, and if so, by which path(s).In this thesis, we propose a modelling approach named EDEN (for Ecological Discrete-Event Networks) to answer this question. It is presented in the form of a formalism whose variables are qualitative and whose values are modified by "if-then" rules representing the events of the ecosystem. These rules are executed one by one, in a non-deterministic way and without any probability. This non-deterministic and non-probabilistic approach has therefore been called possibilistic. The dynamics are then presented in the form of a state-transition graph whose dynamic properties (such as the fact that a species can persist) can be verified.First, a brief history of dynamical modelling in ecosystem ecology is presented, with a particular focus on qualitative modelling approaches, to which EDEN belongs to. Based on the limitations of existing approaches to answer certain questions, we propose the EDEN approach and justify the relevance of its properties with simple examples.Then, the EDEN approach is illustrated on semi-arid ecosystems in East and West Africa in order to know if certain states of interest are reachable (such as the maintenance of vegetation in savanna, or soil fertility in an agroecosystem). To do this, we present and use tools that have not been used much in ecology until now, such as summary graphs and temporal logics. For a given scenario, these tools enable to define (1) the possible transitions between the states of interest, (2) the conditions under which they can occur and (3) the events responsible for these transitions. In East Africa, the EDEN approach was able to determine the long-term effects on vegetation and human activities of reduced/increased surface water availability, indicating a strong indirect influence of the latter on woody vegetation. In West Africa, using EDEN, it was possible to determine the conditions that allowed small-scale producers in southwestern Burkina Faso to develop persistent agropastoralism, as well as the events necessary to achieve such a state.Finally, we discuss the contributions of the EDEN set of models to various fields of ecology, as well as possible improvements and bridges to be built between ecology, systems biology and theoretical computer science

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Cazelles, Bernard. "Modélisation d'un écosystème lotique : dynamique du carbone organique dissous et des microorganismes benthiques dans un cours d'eau cours." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO10068.

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Shin, Yunne. "Interactions trophiques et dynamiques des populations dans les écosystèmes marins exploités : approche par modélisation individus-centrée." Paris 7, 2000. http://www.theses.fr/2000PA077217.

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Abstract:

Les objectifs de cette thèse sont d'identifier les questions écologiques soulevées par la pratique d'une gestion écosystémique des pêches, et d'y apporter des réponses, en testant des hypothèses de fonctionnement des écosystèmes marins, et en évaluant les effets de la pêche et de sa gestion sur les écosystèmes. A cette fin, notre travail s'appuie sur l'élaboration et l'utilisation du modèle multispécifique OSMOSE. OSMOSE est un modèle individus-centre visant à être complémentaire d'autres modèles multispécifiques halieutiques, en permettant l'étude de dynamiques spatiales structurées en age et en taille, selon des scénarios de pêche varies. L'hypothèse d'une prédation opportuniste, fondée sur la taille corporelle des poissons et leur co-occurrence spatio-temporelle, est au cœur de la démarche. Ainsi, plutôt que d'appréhender les réseaux trophiques à partir de relations interspécifiques établies, ceux-ci sont considérés comme étant fondamentalement dynamiques. La validité du modèle est d'abord testée en confrontant les dynamiques simulées aux observations faites dans les écosystèmes marins. Deux propriétés essentielles sont ainsi retrouvées : la relative stabilité de la biomasse et du spectre de taille des écosystèmes, contrastant avec la variabilité des dynamiques spécifiques. Afin d'évaluer les modifications induites par la pêche sur la structure des communautés, trois attributs du spectre de taille sont étudiés par simulation (pente, intercept et courbure). L'évolution de ces grandeurs en fonction de l'effort de pêche est caractérisée par une rupture de pente qui correspond au maximum soutenable des captures de pêche. Ce résultat permet ainsi de proposer un indicateur du niveau d'exploitation de l'écosystème. Enfin, l'effet

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Wibawa, Teja Arief. "Modélisation globale et régionale de la dynamique de population du thon obèse de l'océan Indien avec le modèle SEAPODYM." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30149/document.

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Abstract:

La pêche au thon indonésienne a souffert d'un problème de gestion dû à des statistiques de pêche incomplètes et peu fiabilité, ce qui entraîne un manque de compréhension de la dynamique des populations de thonidés de la région. Le gouvernement de l'Indonésie a lancé un programme de développement de l'infrastructure pour l'océanographie spatiale (INDESO) afin d'aider à la gestion et au suivi des ressources marines du pays. Une application du projet concerne les pêcheries thonières avec l'objectif ambitieux de modéliser en temps réel et avec des prévisions de quelques jours les distributions et abondances de trois espèces de thonidés: thon obèse, albacore et bonite. Le modèle utilisé est SEAPODYM (modèle spatial d'écosystème et de dynamique de population). La présente thèse traite uniquement du thon obèse et a trois objectifs majeurs: la préparation d'un ensemble de données de pêche géoréférencées, la production de conditions initiales pour la configuration du modèle régional INDESO et la simulation de la dynamique régionale des populations. L'ensemble de données sur les captures et les efforts de pêche géoréférencés du thon obèse de l'océan Indien a été standardisé selon cinq procédures: standardisation de la résolution spatiale, conversion et standardisation des unités de capture et d'effort, recalage des captures géo-référencées au niveau des captures nominales, et détection des principaux changements de capturabilité sur de longues séries temporelles de données sur la pêche.. L'ensemble de données de prises géoréférencées standardisées couvre les deux tiers de la capture nominale totale en raison du manque de références géographiques pour plusieurs flottilles de pêche. Le modèle régional a été configuré en trois étapes: paramétrage du modèle à résolution grossière sur une longue période historique, " downscaling " et paramétrage de la configuration globale opérationnelle et " downscaling " vers le modèle régional opérationnel. La première étape a permis de paramétrer le modèle sur le Pacifique puis l'Océan Indien sur une période de trente-neuf ans à une résolution mensuelle de 2°, permettant d'établir les conditions initiales de la population pour la deuxième configuration, à partir de 1998 et à une résolution hebdomadaire 1/4°. Cette deuxième configuration du modèle a nécessité une méthode de " downscaling " pour réviser le paramétrage et obtenir la même solution malgré quelques différences dans le forçage physique. Ce modèle opérationnel global a ensuite fourni des conditions initiales de la population et des conditions aux frontières ouvertes pour les flux de poissons traversant les frontières régionales du modèle INDESO (1/12 ° de résolution quotidienne). L'ensemble des données de pêche standardisées dans l'océan Indien a été utilisé pour inclure la mortalité par pêche et valider l'optimisation réalisée dans l'océan Pacifique. Les résultats des simulations de modèles suggèrent que le thon obèse est distribué en concentration plus élevée dans l'océan Indien Nord (au nord de 20 °S), avec une extension à travers le canal du Mozambique et le long d'un prolongement vers l'est entre 35 ° et 40 ° S. Les configurations du modèle opérationnel (mondial et régional) utilisent la production primaire nette (VGPM) et la profondeur euphotique dérivées des données satellitaires, ainsi que les cartes mensuelles climatologiques de l'oxygène dissous provenant de l'Atlas Mondial des Océans (WOA) comme forçages biogéochimiques. Une simulation régionale utilisant le modèle INDESO biogéochimique PISCES comme forçage alternatif aux produits dérivés des satellites a été testée. Les résultats préliminaires montrent que, une fois la production primaire PISCES ajustée à la valeur moyenne VGPM, les deux produits donnent des résultats similaires, ce qui suggère que des prévisions à plus long terme basées sur le modèle biogéochimique physique couplé peuvent être proposées
The Indonesian tuna fishery has suffered from a management problem due to incomplete and less reliability of tuna data leading to lack of understanding about tuna population dynamics in its region. The government of Indonesia initiated the Infrastructure Development of Space Oceanography (INDESO) programme to support marine resource management and monitoring of the Country. One application concerns the tuna fisheries with a challenging objective of real-time and forecast modeling of three tuna species biomass distributions: bigeye, yellowfin and skipjack. The model used is SEAPODYM (Spatial Ecosystem and Population Dynamics Model). The present thesis is dealing with bigeye tuna only, and had three major objectives: the preparation of a geo-referenced fishing dataset, the production of initial conditions for the regional INDESO model configuration, and the simulation of regional population dynamics. The georeferenced fishing catch and effort dataset of the Indian Ocean bigeye tuna was standardized throughout five procedures: standardization of spatial resolution, conversion and standardization of catch and effort units, raising of geo-referenced catch to nominal catch level, screening and correction of outliers, and detection of major catchability changes over long time series of fishing data. . The standardized geo-referenced catch dataset covers two-third of total nominal catch due to lack of geographic references for several fishing fleets. The regional model was configured along three steps: the parameterization of coarse resolution model over a long historical period, the downscaling and parameterization of operational global configuration, and the downscaling to the operational regional model. The first step provided model parameterization over the Pacific and Indian Ocean for thirty-nine years period at 2° monthly resolution, allowing to establish initial conditions of the population for the second configuration starting in 1998 at resolution 1/4° weekly. This second model configuration required a downscaling method to revise the parameterization and achieve the same solution despite some differences in the physical forcing. This global operational model provided initial conditions of the population and open boundary conditions (OBCs) constraining the fluxes of fish through the regional borders of INDESO model (1/12° daily resolution). The standardized Indian Ocean fishing dataset was used for including fishing mortality and validate the optimization achieved in the Pacific Ocean. Model simulation outputs suggest that bigeye is distributed in higher concentration in the North Indian Ocean (north of 20°S), with an extension through the Mozambique Channel and along an eastward prolongation between 35° and 40°S.. The operational model configurations (global and regional) are using VGPM net primary production and euphotic depth derived from satellite data, and climatological dissolved oxygen monthly maps from the World Ocean Atlas (WOA) as biogeochemical forcings. A regional simulation using the INDESO biogeochemical PISCES model forcing as an alternative to the satellite derived products was tested. The preliminary results show that once the PISCES primary production is scaled to the VGPM mean value, both products provide similar results, suggesting that longer time scale forecast based on the coupled physical biogeochemical model can be proposed

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Cauchi, Bernard. "Ecologie bactérienne d'un écosystème marin : Dynamique des communautés bactériennes hétérotrophes, analyse des données et essai de modélisation." Aix-Marseille 2, 1988. http://www.theses.fr/1988AIX2A001.

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Halouani, Ghassen. "Modélisations de la dynamique trophique d'un écosystème Méditerranéen exploité : le Golfe de Gabès (Tunisie)." Thesis, Brest, 2016. http://www.theses.fr/2016BRES0076/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du fonctionnement et de la structure trophique du golfe de Gabès en Tunisie. Afin de concilier exigences écologiques et exploitation des ressources marines, différents modèles écosystémiques ont été développés pour étudier sa dynamique trophique et contribuer à la réflexion sur la mise en place de plans de gestion. Un modèle trophique d’équilibre de masse « Ecospace » a été construit afin d’évaluer les conséquences écosystémiques de différentes mesures de gestion. Les résultats des simulations ont permis d’explorer les interactions entre la pêche côtière et la pêche au chalut benthique et d’identifier des zones où les mesures de gestion sont effectives. Un modèle end-to-end a également été appliqué pour expliciter la dynamique des espèces considérées, depuis le forçage climatique jusqu'à la pêche. Cette approche de modélisation consiste à forcer le modèle individu-centré « OSMOSE » par un modèle biogéochimique « Eco3MMed ». Ce modèle a permis d’établir une représentation cohérente du réseau trophique et de simuler des scénarios de gestion théoriques de mise en réserve. Le modèle end-to-end a également été utilisé pour étudier la sensibilité d’un ensemble d’indicateurs écologiques à la pression de pêche. Les résultats ont révélé que les indicateurs de taille sont les plus adaptés pour faire le suivi de l’impact de la pêche dans le golfe de Gabès. Au final, une approche comparative entre plusieurs écosystèmes méditerranéens a été mise en place avec le modèle EcoTroph pour comparer leurs structures trophiques et explorer les effets de plusieurs niveaux d’exploitation par l’analyse de leurs spectres trophiques
The objective of this thesis is to improve the understanding of trophic structure and functioning of the gulf of Gabes in Tunisia. In order to reconcile environmental concerns and exploitation of marine resources, different ecosystem models have been developed to study the ecosystem dynamics and contribute to the discussion on the implementation of management plans. A spatial and temporal dynamic model “Ecospace” was built to evaluate the ecosystem consequences of different management measures based on scenarios derived from the current regulation. The results of simulations allowed to investigate the interactions between coastal and benthic trawl fishing and to identify areas where management measures are effective. An end-to-end model has been applied to the gulf of Gabes ecosystem to represent the dynamics of 11 high trophic level species, from climate forcing to fishing.This modelling approach consists in forcing the individual-based model "OSMOSE" by a biogeochemical model "ECO3M-Med". This model allowed to establish a coherent representation of the food web and simulate theoretical management scenarios of spatial fishing closure. The end-to-end model has also been used to study the sensitivity of a set of ecological indicators to fishing pressure. The simulation of different levels of fishing mortality showed that size indicators were the most relevant to monitor the impact of fishing in the gulf of Gabes. Finally, a comparative approach between several Mediterranean ecosystems was applied using the EcoTroph model to compare their trophic structures and explore the effects of different levels of fishing pressure through the analysis of their trophic spectra

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Bertelle, Cyrille. "Contribution à la modélisation informatique des milieux complexes naturels, implémentée dans des environnements parallèles et distribués." Habilitation à diriger des recherches, Université du Havre, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00429163.

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Abstract:

La problématique de recherche développée concerne la modélisation de milieux complexes sous différentes approches. Initialement centrée sur la simulation d'écoulements fluides implémentée sur des systèmes informatiques parallèles, la thématique a évoluée vers des conceptions et des domaines d'applications plus vastes et notamment la modélisation des écosystèmes aquatiques dans leur complexité naturelle. On développe des aspects méthodologiques permettant la représentation d'organisations dynamiques détectées par des techniques de clustering puis représentées globalement dans des simulations multi-échelles. Les aspects liés à l'implémentation sont développés dans le cadre de systèmes informatiques distribués dynamiques et abordent quelques problèmes liés à la migration dynamique de codes. Le travail présenté ici traduit un instantané d'une recherche qui s'inscrit dans une dynamique qui a conduit à l'émergence d'une activité de recherche significative dans le cadre de la montée en puissance d'un laboratoire, le LIH (Laboratoire d'Informatique du Havre), et d'une formation doctorale, le DEA ITA (Informatique Théorique et Applications).

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Druel, Arsène. "Modélisation de la végétation boréale et de sa dynamique dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAU014/document.

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Abstract:

L’évolution du climat sur les prochaines dizaines voire centaines d’années pose de nombreuses interrogations, du fait de l’impact de l’homme. Les émissions de gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle entrainent une augmentation des températures. Celle-ci est susceptible d’affecter les écosystèmes terrestres, notamment dans les régions boréales où les augmentations de température observées et projetées sont plus importantes. Une évolution de ces écosystèmes peut entrainer des rétroactions sur le climat. Ainsi le phénomène actuel observé de verdissement des régions boréales (ou « Arctic greening ») peut augmenter ce réchauffement via une diminution de l’albédo. Afin de répondre à ces interrogations, des modèles climatiques ont été développés, intégrant des modèles de surface continentale représentant les flux de matière et d’énergie. Le travail effectué dans cette thèse a été mené à partir de l’un d’eux, le modèle de surface continentale ORCHIDEE, qui comprend une description succincte de la végétation boréale. L’objectif de cette thèse était donc l’implémentation puis la modélisation de la végétation boréale.Afin de décrire la végétation présente au niveau des hautes latitudes, i.e. les toundras et les steppes, de nouveaux types de végétation (PFTs) ont été intégrés au modèle à partir des PFTs déjà présents. Tout d’abord, les plantes non vasculaires (NVPs) ont été introduites pour représenter les lichens et les bryophytes, ensuite les buissons pour représenter une strate intermédiaire entre les arbres et les herbacées, et enfin des herbacées C3 boréales pour distinguer la végétation considérée dans les steppes boréales et les prairies tempérées. La description de cette végétation boréale s’est accompagnée de l’intégration de nouveaux processus caractéristiques, allant de l’implémentation d’interactions nouvelles telles que la protection des buissons par la neige en hiver, au simple choix de nouveaux paramètres du PFT, en passant par la modification de processus déjà présents dans le modèle comme la conductance stomatique des NVPs. D’autres processus en lien avec la végétation ont également été mis à jour ou corrigés. Enfin, pour modéliser la dynamique de la végétation boréale, les nouveaux PFTs ont été intégrés à la description initialement présente dans le modèle.Ces modifications ont permis de modéliser la végétation boréale et ses impacts sur les autres variables du système (flux de matière ou d’énergie), soit avec une végétation prescrite (simulations de la période récente), soit avec une végétation dynamique (simulations présentes et futures, à partir des scénarios RCPs 4.5 et 8.5). Les simulations effectuées avec la végétation prescrite montrent que l’on représente mieux le comportement de la végétation avec les nouveaux PFTs. Avec les PFTs originaux la productivité et la biomasse étaient surestimées dans les régions boréales et entrainaient une sous-estimation de l’albédo et une surestimation de la transpiration. Les simulations avec une végétation dynamique ont démontré la capacité du modèle à représenter avec la nouvelle végétation boréale les biomes actuels ainsi que l’« Arctic greening ». Par contre, l’embuissonement observé dans plusieurs études n’a pas été reproduit. Globalement l’introduction des PFTs boréaux s’est traduite par une meilleure description des écosystèmes arctiques et des échanges d’énergie et de matière avec l’atmosphère. Par contre, la protection du pergélisol par les NVPs n’a pas été aussi importante qu’attendu et a été compensée par une augmentation de l’humidité du sol.L’introduction de la nouvelle végétation boréale dans le modèle ORCHIDEE semble donc pertinente et met en évidence l’importance de la représentation de ces écosystèmes. Ce travail ouvre donc des perspectives pour améliorer les simulations climatiques, tant futures que passées. Comme la modélisation de la végétation depuis l’Holocène afin de simuler la quantité de carbone contenu aujourd’hui dans le pergélisol
Climate evolution over the next ten to hundred years involves many questions, linked to the impact of man. Indeed, greenhouse gases emissions since the beginning of the industrial era lead to an increase in temperature. The latter can affect terrestrial ecosystems, particularly in boreal regions where observed and projected temperature increase is larger than in mid-latitudes. Evolution of these ecosystems can trigger climate feedbacks. For example, the currently observed « Arctic greening » phenomenon could enhance the warming via a decrease in albedo due to the increase in vegetation cover. In order to address these questions, climate models were developped, including continental surface models taking into account the fluxes of mass and energy. In this thesis, such a model was used, the continental surface scheme ORCHIDEE, which includes a succinct description of boreal vegetation. The aim of this work was thus the implementation and the modeling of boreal vegetation.In order to describe high-latitude vegetation, i.e. toundras and steppes, new plant functional types (PFTs) were integrated into the model based on existing PFTs. First, non-vascular plants (NVPs) were integrated to represent lichens and bryophytes found in desert toundras and peatlands, then shrubs to represent an intermediate stratum between trees and grasses in toundras, and finally boreal C3 grasses to distinguish vegetation found in boreal steppes and temperate grasslands. The description of this boreal vegetation was accompanied by the integration of new charachteristic processes, from the implementation of new interactions such as the protection of shrubs by snow in winter, to the simple choice of new PFT parameters such as the lower photosynthetic capacity of boreal C3 grasses compared to temperate C3 grasses, through the modification of existing processes such as the stomatal conductance of NVPs. Other processes linked to vegetation were also updated or corrected. Finally, to model the dynamics of boreal vegetation, new PFTs were integrated into the initial description in the model.Those changes enabled the modeling of boreal vegetation and its impact on other variables (mass or energy fluxes), either using a prescribed vegetation (simulations on the recent period), or using a dynamical vegetation (recent and future simulations using RCPs 4.5 and 8.5). Simulations using the prescribed vegetation indicated that vegetation behaviour is better represented with the new PFTs. With original PFTs, productivity and biomass were overestimated in boreal regions, and lead to an underestimation of albedo and an overestimation of transpiration. Simulations using a dynamical vegetation demonstrated the ability of the model, using the new boreal vegetation, to represent current-day biomes as well as « Arctic greening ». However, the shrubification observed in several studies was not reproduced. Similarly, the impact of new PFTs on other model outputs is important, with for example a decrease in productivity or albedo in winter compared to the original vegetation. Thus, the introduction of boreal PFTs generally resulted in a better description of Arctic ecosystems and of the exchanges of energy and mass with the atmosphere. On the other hand, the protection of permafrost by NVPs was not as substantial as expected and was compensated by an increase in soil humidity (due to shrubs and boreal grasses).The introduction of the new boreal vegetation in the ORCHIDEE model thus seems relevant, and highlights the importance of representing these ecosystems. This work opens up new perspectives to improve future and past climate simulations. The next step consists in modeling vegetation since the Holocene into the future in order to simulate the current amounts of carbone in the permafrost, and to project the outcome of these stocks in the context of climate change and permafrost melt

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Miguet, Paul. "Influence de l’hétérogénéité du paysage sur la distribution et la dynamique des populations." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20152.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de comprendre comment l'hétérogénéité du paysage (i.e. composition, structuration spatiale et dynamique temporelle) affecte les populations, notamment dans les paysages agricoles, fortement structurés par la mosaïque des parcelles et les rotations culturales. Nous abordons cette question à la fois de manière théorique (en simulant des dynamiques de populations dans des paysages aux propriétés spatiales et temporelles contrôlées) mais également empirique (en analysant la sélection d'habitat par la communauté de passereaux des paysages agricoles).Nous avons ainsi montré que la composition, la configuration spatiale et la dynamique temporelle étaient toutes trois importantes pour expliquer les dynamiques de population, et que la nature des réponses à l'hétérogénéité dépendait des traits des espèces (taux de croissance, dispersion, échelle de réponse au paysage). L'analyse sur la communauté de passereaux a montré que la composition en cultures influençait la sélection d'habitat chez certaines espèces, mais nos données ne nous ont pas permis de mettre en avant un effet significatif de la structuration spatiale des cultures sur les passereaux. Une analyse plus fine pour l'Alouette des champs (Alauda arvensis) a montré un effet positif de la diversité des cultures à l'échelle du territoire, expliqué par une complémentarité fonctionnelle entre les cultures, suggérant que des petites parcelles et un mélange des cultures dans le paysage seraient bénéfiques pour cette espèce. L'effet de la structuration spatiale et temporelle des cultures sur les populations mériterait d'être testé de façon plus approfondie à l'échelle adéquate sur de nombreux taxons. Une meilleure connaissance de l'effet des propriétés de la matrice cultivée sur les processus permettrait de prédire l'évolution des populations face à des modifications du paysage à l'aide de modèles mécanistes, et offrirait de nouvelles opportunités pour gérer la biodiversité
The aim of this thesis is to understand how landscape heterogeneity (i.e. composition, configuration and temporal dynamics) affects populations, especially in farmlands, highly structured by the crop mosaic and rotations. We answer this question theoretically (simulating population dynamics in landscapes with controlled spatial and temporal properties) and empirically (analysing habitat selection by the farmland bird community).We found that landscape composition, configuration and temporal dynamics were all important to explain population dynamics and that the response to landscape heterogeneity depended on species traits (growth rate, dispersal, scale of response to the landscape). The analyse of farmland birds data revealed that crop composition influenced habitat selection for some species, but did not reveal a significant effect of crop configuration on birds. A finer analyse on Skylark showed a positive effect of crop diversity at the territory scale explained by a functional complementation among crops. It suggested that small fields and crop well mixed in the landscape would be beneficial for this species. The effect of spatial and temporal crop heterogeneity should be studied in depth at the right scale on many taxa. A good understanding of the effect of the cultivated matrix on processes would allow us to predict the change in populations when modifying the landscape and would offer new opportunities to manage biodiversity

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Rault, Jonathan. "Modélisation mathématique structurée en taille du zooplancton." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00850906.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est la formulation et l'étude de modèles proie-prédateur avec une structure en taille du prédateur, afin de décrire les populations de phytoplancton et zooplancton. Cette étude a été motivée par les données collectées par le Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-Sur-Mer dont l'évolution depuis 1966 du spectre de taille du zooplancton dans la baie de Villefranche. Dans une première partie nous présentons les diverses données collectées et proposons différents modèles dans un cadre assez général, ayant soit une structure continue donnant lieu à une équation aux dérivées partielles couplée avec une équation différentielle ordinaire, ou soit une structure discrète, pouvant correspondre à des stades de développement et donnant lieu à un système d'équations différentielles ordinaires. Ensuite une étude mathématique de ces modèles est faite pour certains cas particuliers (stabilité des équilibres, stabilisation d'un équilibre par un contrôle positif). Le cannibalisme étant présent au sein du zooplancton, nous mettons l'accent sur son étude, notamment sur un modèle comprenant deux classes de taille de prédateurs. Nous montrons que le cannibalisme peut stabiliser la dynamique ou encore être une stratégie évolutionnairement stable. Finalement nous tentons de confronter numériquement ces modèles aux données : les simulations donnent des résultats qualitativement proches des observations.

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Guibourd, de Luzinais Vianney. "L'impact des vagues de chaleurs marines sur le fonctionnement des écosystèmes de l'océan à l'échelle mondiale." Electronic Thesis or Diss., Rennes, Agrocampus Ouest, 2024. http://www.theses.fr/2024NSARH121.

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Abstract:

Le changement climatique affecte de plus en plus la vie marine. Les vagues de chaleur marines (MHWs), liées au réchauffement, devraient augmenter en durée, intensité et fréquence, amplifiant leurs impacts sur les écosystèmes marins au 21e siècle. Cette thèse explore les effets du changement climatique et des MHWs sur les flux de biomasse dans les réseaux trophiques marins et leurs conséquences sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes. J’ai développé EcoTroph-Dyn, une version dynamique du modèle EcoTroph, représentant le fonctionnement des écosystèmes marins comme un flux de biomasse continu, des producteurs primaires aux prédateurs supérieurs. Basé sur une approche virtuelle d’EcoTroph-Dyn, j'ai mis en évidence que, les MHWs pourraient avoir impacté les flux de biomasse par la perturbation de la cinétique, de l'efficacité de transfert et induire des pertes de biomasse. Ensuite, en utilisant EcoTroph-Dyn, j’ai reconstitué les biomasses des consommateurs marins de 1998 à 2021 en intégrant les variations de température et de production primaire.La biomasse animale marine, estimée à chaque niveau trophique sur une grille mondiale de 1° x 1°, révèle des pertes significatives dues aux MHWs, avec des impacts accentués aux niveaux trophiques supérieurs. Enfin, les projections de la biomasse animale des océans de 1950 à 2100 indiquent que les altérations des flux de biomasse due aux MHWs pourrait entraîner une diminution globale supplémentaire de la biomasse des consommateurs proportionnelle au réchauffement des océans, avec des impacts plus prononcés que ceux dû au changement climatique de fond. Cette thèse démontre que le changement climatique et les MHWs perturbent conjointement les flux de biomasse, réduisant la biomasse océanique future avec des répercussions majeures sur les pêcheries
Intensifying climate change is increasingly affecting marine life in the world's oceans. Extreme events like marine heatwaves (MHWs), associated with climate change, are projected to grow in duration, intensity, and frequency, further impacting marine ecosystems throughout the 21st century. In this dissertation, I investigated the effects of climate change and MHWs on biomass flows in marine food webs and their consequences on ecosystem structure and functioning. I developed a dynamic version of the EcoTroph model, named EcoTroph-Dyn, which represents the functioning of marine ecosystems as a single flow of biomass from primary producers to top predators. To study MHW effects using EcoTroph-Dyn, I estimated MHW-induced mortality from 1982 to 2021 based on the thermal preferences of various taxa. The results reveal that MHWs may have impacted biomass flow through the perturbation of the kinetics of biomassflow and transfer efficiency and caused biomass loss through instantaneous mortality. Secondly, using EcoTroph-Dyn, I hindcasted consumer biomass in marine food webs from 1998 to 2021. By integrating changes in temperature and primary production, marine animal biomass was estimated at each trophic level on a 1° x 1° grid of the global ocean. Findings show significant biomass loss due to MHWs, with more pronounced impacts at higher trophic levels. Finally, projections from 1950 to 2100 indicate that MHW-induced changes in biomass flows could drive a global consumer biomass decline, surpassing the impacts of background climate change. Overall, this dissertation demonstrates that climate change and MHWs jointly disrupt biomass flows in marine ecosystems, leading to reduced future ocean animal biomass with direct repercussions on fisheries

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Hernández, Olga. "Modélisation eulérienne de l'habitat de ponte et de la dynamique des larves des anchois et sardines dans le système d'upwelling du Pérou." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1664/.

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Abstract:

Le Système du Courant de Humboldt est l'écosystème le plus productif au monde en termes de biomasse de poisson. Ses espèces principales, l'anchois Engraulis ringens et la sardine Sardinops sagax, ont connu d'importantes variations historiques de leurs stocks, une particularité dont l'origine est encore débattue. L'objectif de ce travail est d'implémenter pour la première fois une approche eulérienne se focalisant sur les premiers stades de vie des anchois et sardines du Pérou, et visant à étudier l'influence des paramètres environnementaux et de la variabilité climatique sur la dynamique des populations et les variations de leurs stocks. Le modèle est adapté du modèle eulérien de dynamique spatiale des écosystèmes SEAPODYM, initialement développé pour les grands poissons pélagiques à l'échelle du bassin océanique, et utilise le modèle couplé physico-biogéochimique ROMS-PISCES en entrée. Afin de contraindre les paramètres du modèle, nous avons développé une approche par assimilation de données basée sur un jeu unique de données de densités d'oeufs et de larves, acquis par l'Institut de la Mer du Pérou au cours des 40 dernières années. Le modèle permet de tester différents mécanismes susceptibles de contrôler l'habitat de ponte et le recrutement larvaire : température optimale, abondance des proies, présence/absence de prédateurs, et influence des courants sur la rétention et la dispersion. Nous montrons que la combinaison de quelques concepts simples permet d'expliquer raisonnablement la répartition spatiale des oeufs et larves ainsi que la variabilité interannuelle, mais la description actuelle ne permet pas d'expliquer la saisonnalité observée dans les zones côtières
The Humboldt Current System is the most productive oceanic system in terms of fish biomass. Its main species, the Peruvian anchovy (Engraulis ringens) and sardine (Sardinops sagax), have known important historical variations of their stocks, a particularity which has questioned oceanographers for many years. The goal of the present work is to implement an eulerian approach focusing on the early life stages of peruvian anchovy and sardine, in order to study the influence of environmental parameters and climate variability on population dynamics and stocks variability. The model is adapted from the "Spatial Eulerian Ecosystem and Population Dynamic Model" SEAPODYM, initially developed for large pelagic fishes at ocean basin scale. It uses the outputs of a regional ROMS-PISCES coupled physical-biogeochemical model as environmental forcing. In order to constrain model parameters, we developed a data assimilation framework using a unique dataset of eggs and larvae abundances, collected by the Instituto del Mar del Peru (IMARPE) in the HCS waters over the last 40 years. This framework allows to test different mechanisms proposed to control fish spawning habitat and larval recruitment: optimal temperature, prey abundance, trade-off between preys and predators, and influence of currents on retention and dispersion. We show that the combination of a few simple concepts can reasonably explain the overall spatial distribution of eggs and larvae and the interannual variability, but the current description is still not sufficient to explain the observed abundance seasonality in coastal areas

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Perruche, Coralie. "Influence de la dynamique mésoéchelle et submésoéchelle sur la compétition au sein d'un écosystème planctonique." Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00508647.

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Abstract:

L'océan est un milieu fortement turbulent caractérisé notamment par de nombreuses structures tourbillonnaires très énergétiques interagissant entre elles. Dans les couches de surface, les observations ainsi que les modèles montrent que cette dynamique mésoéchelle et submésoéchelle combinée à la dynamique de la couche mélangée, contraint fortement la distribution des espèces phytoplanctoniques. L'objet de cette thèse est de réaliser une étude de processus en modélisation numérique afin de rationaliser l'effet de la turbulence méso- et subméso-échelle d'une part et du mélange vertical d'autre part, sur la diversité phytoplanctonique. L'étude analytique de la dynamique intrinsèque d'un modèle d'écosystème simple avec deux espèces de phytoplancton à l'aide de la théorie des systèmes dynamiques a tout d'abord permis de déterminer les équilibres non-linéaires ainsi que leur stabilité en fonction des paramètres. Nous avons montré ensuite que la diffusion verticale turbulente est un moteur de la coexistence des espèces phytoplanctoniques. La sensibilité de ces résultats a été testée à la fois vis à vis de la profondeur de la couche mélangée, de l'intensité du mélange et du nombre d'espèces phytoplanctoniques. Enfin, nous avons montré que la turbulence quasi-géostrophique de surface permet également la coexistence de deux espèces phytoplanctoniques sur une ressource limitante à l'équilibre statistique. De plus, ce type de turbulence organise différemment les espèces selon les structures : les structures filamentaires sont favorables au grand phytoplancton alors que les tourbillons apparaissent comme des niches écologiques pour le petit phytoplancton. Cette étude révèle que dans tous les cas, les injections verticales de nutriments sont un facteur important induisant cette différence de distribution entre les espèces.

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Beaudouin, Rémy. "Modélisation individu-centrée pour aider à la détection et à l'interprétation des effets des polluants chimiques sur la dynamique de population d'un poisson, la gambusie, en écosystème expérimental." Rennes 1, 2007. http://www.theses.fr/2007REN1S141.

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Abstract:

L’évaluation expérimentale des effets des polluants chimiques chez le poisson au niveau de la population constitue la problématique de cette étude. L’utilisation d’écosystèmes expérimentaux (cosmes) a été proposée pour étudier les effets des polluants au niveau de la population. La gambusie (Gambusia holbrooki) est une espèce de poisson qui permet de telles études. Cependant, lors des expériences en cosme, le nombre de réplicats étant limité et la variabilité inter-réplicat étant importante, la puissance statistique des comparaisons entre populations témoins et exposées aux polluants est très faible. Pour améliorer la situation, nous proposons de compléter les données témoins réelles en simulant, à l'aide d'un modèle individu-centré probabiliste, l’ensemble des populations attendues en conditions témoins. Les traits d’histoire de vie de la gambusie nécessaires pour paramétrer le modèle ont été caractérisés. Ensuite, le modèle a été programmé, calé et validé. Enfin, deux études de cas ont permis de montrer que l’utilisation du modèle permet d’augmenter la puissance statistique des comparaisons entre les populations témoins et celles exposées
The experimental assessment of the chemicals effects on fish at the population level is the context of this study. The use of outdoor experimental ecosystems (cosm) has been proposed as a tool to study the effects of chemicals at the population level. The mosquitofish (Gambusia holbrooki) is a convenient fish species for such studies. Nevertheless, studies conducted in cosm are limited to a few numbers of replicates. This, together with the high variability characterizing the population level, are limiting factors for detecting significant responses other than strong effects. An alternative could be the modelling of the probabilistic distributions of the variables of the control populations, in order to virtually increase the number of replicates. Experiments were conducted to determine the life history traits of the mosquitofish required to establish the parameters of the model. Then, an individual-based model of the population dynamics of the mosquitofish was build, calibrate and validate. Finally, from two case studies, the model was shown to improve the statistical power of the comparisons between the control and the chemical-exposed populations

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Beudin, Alexis. "Dynamique et échanges sédimentaires en rade de Brest impactés par l'invasion de crépidules." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0045/document.

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Abstract:

Cette thèse est une contribution à l’étude de la dynamique sédimentaire dans l’écosystème de la rade de Brest. Elle a pour objectif de décrire, par la simulation numérique et l’observation in situ, le mouvement des masses d’eau et de sédiments sous l’influence de la marée à l’échelle de la rade, et l’impact de la distribution spatiale actuelle des populations de crépidules sur le transport de sédiments en suspension et l’évolution des fonds. Un modèle bidimensionnel horizontal (2DH) est mis en œuvre à partir du code TELEMAC. Il intègre la variabilité spatiale du substrat, et rend compte de la présence physique (macro-rugosité, partition de la contrainte de cisaillement) et de l’activité biologique (filtration de l’eau chargée de particules en suspension, production de biodépôts) des crépidules. Les mesures de hauteur d’eau, de vitesse du courant, et de vitesse de frottement valident de façon satisfaisante les choix de paramétrisation du modèle hydrodynamique. Les mesures de concentration de matière en suspension en rade de Brest sont sporadiques, et leur analyse est compliquée. Le modèle sédimentaire constitue un outil de compréhension. Il informe de l’évolution temporelle de la contribution de différents types de sédiments et de leur origine aux concentrations locales de sédiments en suspension et déposés. Il permet de suivre le cheminement des sédiments principalement en suspension, de quantifier les échanges entre les sous-bassins de la rade et avec le fond. L’introduction sur le fond des colonies de crépidules, sous forme de chaînes assimilées à des cylindres, induit une diminution de la vitesse du courant à l’aplomb et dans leur sillage, compensée par une augmentation en périphérie, entraînant une modification globale des zones d’érosion et de dépôt de sédiments. Localement, les macro-rugosités ont un effet antagoniste selon leur répartition: des densités moyennes augmentent le frottement de peau et les remises en suspension, tandis que des densités élevées induisent un masquage des sédiments sur le fond duquel résulte une accrétion. Par comparaison à leur impact hydrodynamique, l’activité biologique des crépidules joue un rôle secondaire sur la dynamique sédimentaire
This thesis is a contribution to the study of sediment dynamic in the ecosystem of the bay of Brest. It aims at describing, by numerical simulations and field observations, the movement of water and sediments in the bay under tidal forcing, and the impact of the present spatial distribution of slipper limpets on suspended sediment transport and bed evolution. A two-dimensional horizontal (2DH) model is implemented based on the TELEMAC numerical system. It integrates the spatial variability of bed sediments, accounts for the physical presence (macro-roughness, form drag - skin friction partitioning) and biological activity (filtration of water carrying suspended particles, production of biodeposit) of slipper limpets. Measurements of water level, mean flow velocity, and friction velocity satisfactorily validate the choice of parameters in the hydrodynamic model. Measurements of suspended matter concentration in the bay of Brest are sporadic, and their analysis complicated. The sediment model stands as a tool for better understanding sedimentary processes. It informs the temporal evolution of the contribution of different types of sediment, and their origin, to local suspended and deposited sediment concentrations. It allows to follow the paths of sediment transport predominantly in suspension, and to quantify the exchanges of sediments between the sub-basins of the bay and with the bed. The introduction of slipper limpet colonies on the bed, in the form of chains assimilated as cylinders, induces decreasing flow velocity above and in their wake, compensated by increasing flow velocity on the outskirts, which globally modify the patterns of sediment erosion and deposition in the bay. Locally, the macro-roughness elements have an antagonist effect depending on their distribution: medium densities increase skin friction and erosion flux, whereas high densities shelter bed sediments from which results accretion. By comparison to their hydrodynamic impact, the biological activity plays a secondary role on sediment dynamic

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Baudrot, Virgile. "Modélisation des interactions trophiques impliquant des transferts de contaminants biologiques et chimiques : application à Echinococcus multilocularis et aux éléments traces métalliques." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2019/document.

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Abstract:

La structure et l’intensité des interactions ressources-consommateurs qui forment les réseaux trophiques régulent une très grande partie des transferts de biomasse mais aussi de contaminants biologiques et chimiques dans les écosystèmes. L’objectif de la thèse est de développer des modèles permettant d’étudier les mécanismes de transport des contaminants et d’évaluer ainsi d’une part la dynamique des maladies infectieuses et des pollutions chimiques, et d’autre part les réponses des réseaux trophiques soumis à ces contaminations.[...] À l’issue de ces travaux, une quatrième étape de la thèse a été d’intégrer les interactions trophiques, les dynamiques des parasites et les impacts des pollutions dans des méta-écosystèmes (i.e. avec dispersions d’individus entre écosystèmes). En utilisant la théorie des matrices aléatoires nous avons établi des mesures des risques d’émergence de parasites que nous avons évalués en fonction des perturbations extérieures.L’étude a ainsi montré que ces perturbations augmentent les risques épidémiques, mais que ces risques pouvaient être réduits par la dispersion des individus (sains et infectés) sous certaines conditions qui sont,par exemple pour les TTP, un nombre d’espèces plus grand que le nombre d’écosystèmes connectés, et un taux de virulence plus faible que le taux de contagion.Ainsi, dans un contexte planétaire d’augmentation des pressions anthropiques sur les écosystèmes,cette thèse de modélisation apporte un ensemble d’outils et de développements conceptuels permettant d’analyser quantitativement et qualitativement les transferts et les impacts des contaminants sur les écosystèmes
Structure and strength of trophic interactions shaping food webs regulate a large part of biomass andenergy transfer in ecosystems, but also the transfer of biological and chemical contaminants. The aim ofthe PhD thesis is to develop models describing the mechanisms of contaminant transmission and using them to study the dynamics of infectious diseases and chemical pollutions, and also the response of trophic networks subject to those contaminations.[...] Following those works, a fourth step of the thesis has been to integrate trophic interactions, parasite dynamics and pollutions effects in order to study the stability of meta community (i.e. spatially connectedcommunities) and the risk of disease outbreaks. To do so, we use the theory of random matrices andwe introduced new criteria of metacommunity stability and of disease outbreak in metacommunity, both under external pressures. The study showed that external perturbations increase the risk of epidemics,but that those risks could be reduced with the dispersal of individuals (susceptible and infectious) underspecific conditions such as, for TTP, a greater number of species than that of connected ecosystems, and a smaller virulence than the contagion rate.In this way, in a context of planetary increase of anthropogenic pressures on ecosystems, this PhD thesis in modeling provides a set of tools and conceptual developments suitable to analyze quantitatively and qualitatively the transfers and impacts of contaminants in ecosystems

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Vaugeois, Maxime. "Modélisation du cycle de vie d'un appendiculaire : évalutation des conséquences écologiques de la singularité de son processus d'acquisition d'énergie." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4054.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux appendiculaires, et plus particulièrement à l'espèce Oikopleura dioica, qui appartiennent au groupe du mésozooplancton. Toutes leurs particularités découlent principalement de leurs caractéristiques anatomiques et physiologiques : ils sécrètent une extra-structure, appelée logette, dans laquelle ils vivent dont ils contrôlent le contenu qualitatif et quantitatif en nourriture. Nous avons développé un modèle détaillant les processus liés à l'acquisition d'énergie chez Oikopleura dioica, à savoir la filtration, l'ingestion et l'assimilation. Le modèle proposé reproduit plusieurs données de la littérature, et notamment l'accumulation de nourriture dans la logette, tout en proposant une formulation originale de l'ingestion et de l'assimilation. Les résultats suggèrent qu'à de faibles valeurs de concentration alimentaire la taille des pelotes fécales n'ait pas la même proportionnalité par rapport à la taille de l'organisme qu'à des valeurs de concentration plus importantes. Egalement, il apparaît que la logette constitue une structure pouvant retarder d'une heure et demie le début de la perception d'une période de rupture alimentaire du milieu par l'organisme. En utilisant la théorie des budgets dynamiques d'énergie (DEB), nous avons élaboré un modèle standard ne représentant pas explicitement les logettes ni leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie. Nous avons ensuite, sur la base de ce premier modèle sans logette, décliné une seconde version du modèle représentant explicitement les logettes ainsi que leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie
In this thesis, we studied the appendicularian, specifically the species Oikopleura dioica, which are members of the mesozooplankton group. Their particular features are due to their anatomical and physiological characteristics: they secrete an extra-corporal structure, called house, where they live and use as food reservoir. As such, they control its qualitative and quantitative content. We developed a model detailing the processes of filtration, ingestion and assimilation. We formulated an original mathematical representation of the physiology of this organism which integrates the current knowledge about the above-mentioned processes. The simulations results were used to investigate the mechanisms involved in the production of fecal pellets. The results suggest that the proportionality between fecal pellet size and organism size is not the same for low and high values of environmental food concentration. Moreover the house could delay of about one and half hours the organism perception of the beginning of an alimentary interruption.Using the Dynamic Energy Budget (DEB) theory, we developed a standard model which does not take into account the house production nor its impacts on energy acquisition processes. We then proposed a second version of the model which explicitly represents the houses and their effects on energy acquisition process. The results about sizes simulations are significantly different between the two model versions

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Loeuille, Nicolas. "Coévolution et fonctionnement des écosystèmes." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066209.

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Husson, Bérengère. "Fonctionnement et dynamique des écosystèmes hydrothermaux : vers un premier modèle." Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0008/document.

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Abstract:

En bientôt quarante ans de recherche, de nombreuses connaissances ont été acquises sur la géologie des champs hydrothermaux, la chimie des fluides qui en réchappent et l’écologie des communautés qui les habitent. Celles-ci s’organisent en assemblages denses, distribués le long de la zone de dilution du fluide hydrothermal dans l’eau de mer, et dominés visuellement par une poignée d’espèces. La forte variabilité spatio-temporelle du fluide hydrothermal a une forte influence sur la distribution des communautés. Cependant, les mécanismes à l’origine de la réponse de la faune à cette variabilité sont peu compris. Pour cela, une approche modélisatrice est présentée. Les données collectées pendant plus de 20 ans sur l’édifice Tour Eiffel, sur le champ hydrothermal Lucky Strike (ride médio-Atlantique) ont été intégrées afin d’en extraire les composantes principales. L’étude intégrative des biomasses sur l’édifice montre que celles-ci sont largement dominées par la modiole Bathymodiolus azoricus. Ce bivalve est susceptible d’avoir une influence importante sur le fonctionnement de l’écosystème, et fait donc l’objet d’un premier modèle. La recherche de données pour le contraindre ont mené à mesurer des taux métaboliques in situ. Une fois le modèle paramétré, le modèle a fourni des estimations de flux encore inconnu. La simulation d’interruption du flux hydrothermal a fourni des indices sur la réponse de la modiole à la variabilité de son environnement
In nearly forty years of research, significant insights have been gained on vent field geology, on the chemistry of emitted fluid and on the ecology of the communities inhabiting hydrothermal ecosystems. The fauna forms dense assemblages, distributed along the hydrothermal fluid/sea water mixing gradient, and visually dominated only by a few species. The high spatio-temporal variability of the hydrothermal fluid has a strong influence on species distribution. However, the mechanisms determining the species response to this variability is still poorly understood. In order to investigate this issue, a modelling approach is presented. Data collected for more than 20 years on the Eiffel Tower edifice, on the Lucky Strike vent filed (Mid-Atlantic Ridge) were integrated in order to identify meaningful elements for our problem. An integrative study of the faunal biomasses on the edifice showed that these are dominated by the mussel Bathymodiolus azoricus. This bivalve is likely to have a significant influence on the ecosystem functioning and is thus the object of a first model. The search for data to constrain it led to the measurement of in situ metabolic rates. Once parametrized, the model provided quantitative estimates of unknown fluxes. The simulation of hydrothermal flow interruption provided some insights on the mussel biomass response to its environment variability

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Jolly, Dominique. "Evolution et dynamique des écosystèmes du Burundi : pollen et statistique." Aix-Marseille 2, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX22017.

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Abstract:

L'evolution des forets du burundi (230 a 430 s, 29 a 31 e) sont reconstituees d'apres l'etude pollinique de sequences holocenes, prelevees dans six tourbieres, avec une resolution moyenne de l'ordre du siecle sur 11000 ans. Le premier chapitre de ce memoire decrit l'evolution des vegetations de vallees marecageuses en 5 sites geographiques (1500 m d'altitude), sur les 5 derniers millenaires. La chronologie #1#4c, l'interpretation palynologique et les analyses statistiques ont permis d'etablir la succession: installation forestiere a macaranga et fougeres, foret marecageuse a syzygium et phoenix reclinata, regression forestiere et envahissement par les plantes aquatiques, puis marais a cyperus papyrus. L'installation et le developpement des papyraies, qui occupent actuellement les vastes etendues marecageuses du nord burundi, date de 1250 ans b. P. Leur mise en place est interpretee comme le resultat de phenomenes hydrologiques, et non comme le seul resultat d'une deforestation anthropique. Un index pollinique de nappe a ete cree sur le principe d'un rapport plantes aquatiques/plantes non aquatiques. Les fluctuations de cet index ont ete reconstituees sur 11000 ans, a partir des donnees polliniques de la sequence bien datee de kuruyange (2000 m d'altitude). La comparaison avec les donnees independantes sur les variations connues des niveaux lacustres montre un bon accord. La concordance indique que les vegetations marecageuses repondent a une dynamique globale de mousson avec une periode significative de 1300 ans. Le troisieme chapitre reconstitue l'histoire de la vegetation forestiere regionale sur la meme tourbiere au cours des 11 derniers milliers d'annees. Les resultats mettent en evidence l'installation post-glaciaire de la foret ombrophile de montagne a 10000 ans b. P. Cette reconstitution a ete effectuee a l'aide de donnees polliniques modernes d'echantillons de sols. L'application d'un traitement statistique combinant une analyse factorielle des correspondances avec une classification ascendante hierarchique caracterise les differents stades de la succession forestiere. Le debut de l'action anthropique, caracterisee par un effet de lisiere, apparait consecutif d'une fragilisation du massif forestier post-4000 ans b. P. Induite par une cause climatique. Une comparaison entre l'evolution de la diversite specifique de la foret et l'index pollinique de nappe, permet d'estimer que le temps de reponse aux changements climatiques est de 300 ans environ. Ces resultats indiquent qu'une modelisation a l'echelle regionale des ecosystemes forestiers est possible dans ce contexte

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Delogu, Émilie. "Modélisation de la respiration du sol dans les agro-écosystèmes." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2301/.

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Abstract:

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité ?s s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même
Around 1/3 of the Earth land surface is used for croplands. Their role in the carbon cycle is a crucial issue for scientists today. In the context of global warming, understanding the factors influencing carbon fluxes of agricultural soils and their components is essential for implementing efficient mitigation practices. The CO2 produced at the soil surface results from several respiratory processes making the evaluation of the existing methods complicated. Understanding the soil respiration sources and their dynamics are crucial issues to estimate the potential for carbon sequestration into soils via efficient cultural practices. Because of its major role in carbon loss over croplands, soil respiration modeling received much attention to quantify the fluxes (empirical modeling), to highlight the lack of knowledge and to guide researches (mechanistic modeling). In this study, empirical and semi-mechanistic models were carried out depending on how precise, generic or real the model should be. Using abiotic and biotic factors was essential to properly model respiration among five sites with different soil and climate. The Rh sensitivity to Ts and ?s was adequate to obtain satisfying predictions over bare soils but the dependency of Rs on an indicator of the vegetation growth (GPP) was necessary to improve the predictions during crop periods. The empirical approach could not allow a good and reliable estimation of the contributions of the different components of Rs. Semi-mechanistic model was tested on 3 sites with various climatic and soil conditions. This approach allowed a good assessment on the heterotrophic and autotrophic contributions since it described more carefully the soil respiration and its underlying processes. Rh accounted for 63 % to 66 % of Rs for winter wheat culture whereas it accounted for 52 % to 56 % for a spring wheat rotation. Rs represented 33 % to 43 % of the total ecosystem respiration balance during winter wheat season and about 50 % for spring wheat. The semi-mechanistic model was developed to simulate the effects under different cultural practices as fertilization (manure) and tillage systems. It was concluded that carbon sequestration and carbon dioxide fluxes were more affected by soil organic matter inputs than by the tillage system itself

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Delogu, Elodie. "Modélisation de la respiration du sol dans les agro-écosystèmes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00953712.

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Abstract:

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité θs s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même.

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Lecomte, Maxime. "Approche hybride de modélisation explicable du métabolisme des écosystèmes microbiens." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0094.

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Abstract:

Les communautés microbiennes sont des systèmes complexes composés de diverses espèces de micro-organismes interagissant entre elles et avec leur environnement. La biologie des systèmes offre un cadre pour leur étude, alliant expérimentation, génération de données à haut-débit et leur intégration dans des modèles informatiques. La compréhension de ces communautés passe notamment par celle de leur métabolisme et des échanges de molécules entre espèces susceptibles d’impacter positivement ou négativement chacun des membres. Le métabolisme est un ensemble de réactions biochimiques et peut s’abstraire à l’échelle d’un génome par des réseaux faisant le lien entre les gènes et les réactions d’un organisme. Ces réseaux permettent de construire des modèles métaboliques, représentations informatiques ou mathématiques du comportement des organismes dans des conditions expérimentales. Le passage de l’individu à la communauté, composée de quelques espèces en conditions contrôlées, ou de plusieurs centaines en conditions environnementales, soulève des difficultés méthodologiques dans la construction des modèles. Ce manuscrit de thèse traite de la modélisation du métabolisme et des interactions métaboliques au sein des écosystèmes microbiens en mettant l’emphase sur l’explication des mécanismes cellulaires qui justifient les interactions bactériennes. Des solutions numériques sont majoritairement utilisées - assurant la précision des résultats - mais sont confrontées à l’importante combinatoire engendrée par les interactions bactériennes pour des communautés de grande taille. Les réponses apportées par les approches discrètes surmontent la problématique du passage à l’échelle mais sont limitées à une analyse par paire d’organismes. Afin d’identifier un potentiel ajustement méthodologique - conciliant les avantages des deux démarches, i.e. trouver une approche hybride - une première contribution se focalise sur le développement d’un modèle numérique dynamique et précis d’une communauté fromagère composée de trois souches. Notre stratégie itérative a permis l’intégration de données hétérogènes au moyen d’étapes de raffinement et de calibration dynamique. Ces allers-retours entre la connaissance et le modèle ont assuré la bonne prédiction des concentrations des métabolites dosés en métabolomique ainsi que des densités bactériennes au cours de la cinétique de fabrication du fromage. Dans une seconde contribution, nous proposons un modèle par raisonnement permettant de cibler des potentiels de coopération et de compétition dans des communautés bactériennes. Ce modèle repose sur l’inférence de règles logiques inférées de la biologie pour évaluer et comparer les potentiels d’interaction de communautés. Des potentiels d’interaction spécifiques à des écosystèmes ont été révélés ainsi que la pertinence de son utilisation grâce à sa rapidité d’exécution. Enfin, la troisième contribution est une réflexion portant sur l’enrichissement du modèle logique. Nous proposons un prototype s’appuyant sur l’inférence de règles logiques et permettant de (i) sélectionner la meilleure communauté à partir de contraintes biologiques et (ii) d’apporter une notion temporelle, pouvant influencer les potentiels d’interactions. Par cette thèse, nous avons montré que la construction d’un modèle de modélisation hybride du métabolisme n’est pas nécessaire, mais qu’une approche hybride, utilisant des modèles numériques, pour des communautés de petite taille et des modèles discrets, pour analyser rapidement les communautés de taille réelle semble être pertinente
Microbial communities are complex systems composed of various species of microorganisms interacting with each other and with their environment. Systems biology offers a framework for their study, combining experimentation, high-throughput data generation and the integration of the latter into computer models. Understanding these ecosystems requires the analysis of their metabolism and of the exchange of molecules between members, which can have positive or negative impacts on each other. Metabolism is a set of biochemical reactions that can be represented as a genome-scale metabolic network through the association of genes and reactions in an organism. These networks can be used to build metabolic models, mathematical representations of organism behavior under given environmental conditions. Scaling up to the analysis of a community composed of a few species under controlled conditions, or several hundreds in natural environments, raises methodological difficulties in the construction of models. This thesis manuscript deals with the construction of computational models for the analysis of metabolism and metabolic interactions in microbial ecosystems, with a particular attention on explaining the cellular mechanisms underlying bacterial interactions. Numerical solutions are mainly used - ensuring the accuracy of results - but they face combinatorial issues generated by bacterial interactions in large-scale communities. Discrete approaches overcome this problem, but are limited to pairwise analysis. In order to identify a putative methodological tradeoff reconciling the advantages of both approaches, i.e. finding a hybrid approach, a first contribution focuses on the development of a dynamic and accurate numerical model of a cheese bacterial community composed of three strains. Our iterative strategy enables the integration of heterogeneous data through refinement and dynamic calibration steps. This back-and-forth between knowledge and model ensures the accurate prediction of metabolite concentrations and bacterial densities during cheese production. We propose as a second contribution a reasoning-based model for deciphering cooperative and competitive potentials in bacterial communities. This model relies on the inference of logical rules motivated by biology in order to evaluate and compare community interaction potentials. Ecosystem-specific interactions potentials are retrieved, and the fast execution of the reasoning-based approach facilitates the screening of collections of communities. Finally, the third contribution is a reflection on the enrichment of the logic model. We propose a prototype based on the inference of logical rules, enabling (i) the selection of the best community based on biological constraints and (ii) the inference of a temporal notion, which can impact interaction potentials. Through this thesis, we demonstrate that the construction of a hybrid model of metabolism is not required but that a hybrid approach, using numerical models for small communities and discrete models for rapid analysis of full-size communities, seems to be relevant

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Mueller, Derek. "Structure et dynamique des cryo-écosystèmes : plates-formes de glace nordiques." Thesis, Université Laval, 2005. http://www.theses.ulaval.ca/2005/23041/23041.pdf.

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Cette thèse doctorale est la première étude systématique d'une classe d’écosystèmes extrêmes nouvellement découverts dans l'environnement arctique : les communautés de tapis microbiens et leurs habitats sur les plates-formes de glace nordiques. L'objectif principal était d’examiner la structure et la dynamique de ces cryo-écosystèmes à plusieurs échelles et d'étudier l'interaction entre les aspects physiques et biologiques sur les cinq plates-formes de glace principales trouvées dans le Haut Arctique canadien. Cette étude comprend une large gamme de méthodologies, soit : l’énumération microscopique des algues ; la quantification des pigments avec la chromatographie liquide de haute performance ; les mesures automatisées de salinité, d'éclairement et de température ; des survols en hélicoptère accompagnés de prise d’échantillons ; et l’analyse d’images de télédétection. La limnologie chimique et physique des cryo-habitats à travers cet écosystème est hétérogène et une communauté diversifiée de phototrophes a été retrouvée dans les tapis microbiens. La fragmentation de l’habitat a eu peu d'effet sur la biodiversité du cryo-écosystème. Cependant, des gradients environnementaux ont été associés à la structure de la communauté des tapis microbiens. L'hypothèse stipulant que les organismes des tapis microbiens des plates-formes de glace subsistent dans des conditions sub-optimales a été évaluée en examinant des réponses métaboliques aux changements de salinité, d’éclairement et de température. Les micro-organismes hétérotrophes se sont avérés spécialisés aux conditions extrêmes répandues sur la glace, tandis que les micro-organismes photosynthétiques ont toléré une plus large gamme de conditions, suggérant ainsi qu’ils étaient des extrêmotrophes (terme défini dans cette étude comme la tolérance des microbes aux conditions locales mais possédant une croissance in situ en dehors de leurs optimums physiologiques) plutôt que des extrêmophiles (la spécialisation aux conditions locales, avec une croissance in situ près des limites physiologiques). Un assemblage de pigments accessoires et photoprotecteurs a été associé à la communauté autotrophe, ce qui peut expliquer la gamme de tolérance plus large des extrêmotrophes. Le rapport entre la couverture du tapis microbien et la perte de masse de la surface de la plate-forme de glace a été examiné. Une concentration élevée de sels nutritifs dans les tapis microbiens a indiqué que ce micro-environnement différait considérablement de l'écosystème entier. Ces résultats soulignent l'importance du couplage biotique-physique sur la plate-forme de glace autant que dans le reste de la cryosphère. Pendant la période d'étude, un événement de détachement d’une partie de la plate-forme de glace Ward Hunt ainsi que le drainage d'un lac épiplate-forme (eau douce barrée par la glace flottant sur l’océan) ont été observé. Une analyse supplémentaire a suggéré que le réchauffement du climat ait contribué à cet événement, ce qui souligne la vulnérabilité des habitats dépendants des plates-formes de glace et de leur valeur comme indicateurs des changements climatiques. Ces cryo-écosystèmes fournissent également de nouvelles connaissances reliées à la vie microbienne dans les milieux polaires extrêmes, ouvrant de nouvelles avenues sur la survie, la croissance et l'évolution pendant les périodes glaciaires du passé, y compris l'ère précambrienne.
This doctoral thesis is the first systematic study of a newly discovered class of extreme ecosystems in the arctic environment: microbial mat communities and their habitats on northern ice shelves. The overarching objective was to examine the structure and dynamics of these cryo-ecosystems at several scales and to examine the interaction between physical and biological aspects on the five major ice shelves found in the Canadian High Arctic. This study made use of a broad range of methods including: microscopic enumeration of algal taxa; quantification of pigments with high performance liquid chromatography; automated over-winter measurements of salinity, irradiance and temperature; helicopter-assisted surveys and sampling; and analysis of satellite imagery. The chemical and physical limnology of the cryo-habitats across this entire ecosystem was found to be heterogeneous and a diverse community of phototrophic microorganisms was found within the microbial mats. Habitat fragmentation was shown to have little effect on the biodiversity of the cryo-ecosystem, however environmental gradients were significantly associated with microbial mat community structure. The hypothesis that ice shelf microbial mat organisms subsist in sub-optimal conditions was tested by examining metabolic responses to changes in salinity, irradiance and temperature. Heterotrophic microbiota were found to be optimized for the extreme conditions prevalent on the ice shelf, whereas photosynthetic micro-organisms tolerated a broader range, suggesting they were extremotrophic (defined by this study as tolerance by microbiota to local conditions but with in situ growth well outside their physiological optima) rather than extremophilic (a more narrow specialization to local conditions, with in situ growth close to physiological maxima). An assemblage of sunscreening and accessory pigments was associated with the autotrophic community, which may account for the extended tolerance range of the extremotrophs. The relationship between microbial mat cover and the surface ablation of the ice shelf was examined and a high concentration of nutrients within the microbial mats indicated that this microenvironment differed greatly from the properties of the bulk ecosystem. These results underscore the importance of biotic-physical coupling on the ice shelf, and in the cryosphere in general. A break-up event on the Ward Hunt Ice Shelf and the drainage of an epishelf lake (ice-dammed freshwater overlying seawater) was discovered during the study period. Further analysis suggested that climate warming contributed to this event, which highlights the vulnerability of ice shelf dependent habitats and their value as indicators of climate change. These cryo-ecosystems also provide new insights into microbial life under extreme polar conditions, with implications for survival, growth and evolution during glacial periods in the past, including the Precambrian Era.

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Djiongo, Boukeng Jose Elvire. "Dynamique et services des écosystèmes agroforestiers autour d'une aire protégée du Cameroun." Doctoral thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/68067.

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Abstract:

L’agroforesterie est un système dynamique d'aménagement écologique des ressources naturelles renouvelables pour la conservation de la biodiversité aussi bien dans les régions tropicales que tempérées. En plus d’assurer une connectivité entre les aires protégées et les zones habitées, elle pourrait fournir des services écosystémiques et réduire la pression sur les ressources forestières. La présente étude a été menée au Parc National de Bouba Ndjidda (PNBN) et sa périphérie, dans la zone soudano-sahélienne du Cameroun, en Afrique Centrale. L’étude avait pour objectifs : i) d'analyser la dynamique spatio-temporelle d’occupation du sol du PNBN ainsi que les facteurs déterminants des changements; ii) de déterminer les caractéristiques structurales ainsi que les usages des espèces ligneuses des systèmes agroforestiers (SAF); et iii) d'évaluer les stocks de carbone dans les SAF autour du PNBN. À partir des images satellitaires de 1990, 1999 et 2016, les cartes d’occupation du sol ont été réalisées suivant la méthode de classification supervisée par maximum de vraisemblance. Le travail de terrain, associé aux données socio-économiques, a été réalisé en vue de valider les différentes classes d’occupation du sol. Un inventaire total des espèces ligneuses dans les SAF a ensuite été effectué et les données dendrométriques et ethnobotaniques collectées. Enfin, les mesures de stock de carbone ont été réalisés au niveau de la biomasse aérienne, la biomasse souterraine et le sol. Pour le carbone du sol, les échantillons de sol ont été prélevés dans 37 placettes de 50 x 50 m réparties à travers 17 plantations éparses, 10 jachères, 6 jardins de case et 4 haies vives. Les indices de diversité et les mesures de stocks de carbone ont été analysées à l’aide des modèles linéaires mixtes et des tests de comparaisons multiples de Tukey-kramer, LSD ou Kruskal-Wallis lorsque nécessaire. Il ressort des principaux résultats qu’en 1990, les classes d’occupation de sol les plus importantes dans le PNBN et sa périphérie étaient la savane arborée (42,9 %), la forêt galerie (20,2 %) et la forêt claire (16,3 %). Entre 1990 et 2016, on observe une augmentation de superficie des champs de 2,2 à 6,3 % au détriment des autres types d’occupation des sols. Au moment de l’étude, ces champs autour du PNBN étaient constitués des SAF, essentiellement des plantations éparses (98 %). Les SAF autour du PNBN recèlent une richesse floristique moyenne de 50 espèces appartenant à 23 familles dont la dominante est celle des Fabaceae (62,4 %) représentée majoritairement par Acacia polyacantha. Deux espèces inscrites sur la liste rouge de l'Union Internationale pour la Conservation de la Nature (UICN) figuraient parmi les espèces ligneuses répertoriées. Il s’agit de Vitellaria paradoxa et Khaya senegalensis. Les agriculteurs utilisaient les espèces ligneuses des SAF majoritairement comme bois de chauffe (66,5 %) et source d’alimentation (63,5 %). Les stocks de carbone totaux variaient de 26,9 ± 4,9 t C/ha pour les jachères à 31,9 ± 7,7 t C/ha pour les haies vives, mais aucune différence significative n’a été trouvée entre les stocks de carbone en fonction des types de SAF. Le carbone du sol représentait en moyenne 31 à 59 % du carbone total et diminuait significativement avec la profondeur du sol (Kruskal-Wallis, p = 0,009). En termes de paiements pour les services environnementaux, les prix de stocks de carbone des SAF étaient évalués entre 986 et 1170$-US /ha en fonction des systèmes. Les résultats de cette thèse démontrent que la dynamique évolutive en faveur des champs agroforestiers autour des aires protégées soudano-sahéliennes contribue à la fourniture des services écosystémiques. L’étude suggère donc que de tels systèmes soient promus et intensifiés pour accroître leur capacité à fournir lesdits services pour les systèmes socio-écologiques autour des aires protégées connues pour leur forte vulnérabilité à la pression anthropique.
Agroforestry is a dynamic system of ecological management of renewable natural resources for biodiversity conservation in both tropical and temperate regions. In addition to ensuring connectivity between protected areas and inhabited areas, it could provide ecosystem services and reduce pressure on forest resources. This study was conducted in and around the Bouba Ndjidda National Park (BNNP) in the Sudano-Sahelian zone of Cameroon in Central Africa. The objectives of the study were: i) to analyse the spatio-temporal dynamics of land use in the BNNP as well as the determining factors of changes; ii) to determine the structural characteristics and uses of woody species in agroforestry systems (AFS); and iii) to evaluate the carbon stocks in the AFS around the BNNP. Using satellite images from 1990, 1999 and 2016, land cover maps were produced using the maximum likelihood supervised classification method. Field validation of the different land use classes coupled with socioeconomic data was carried out to corroborate the cartographic results. A total survey of woody trees in the AFS was then carried out and dendrometric and ethnobotanical data collected. Finally, carbon stock measurements were carried out at the level of above-ground biomass, underground biomass, and soil. For soil carbon, soil samples were taken from 37 plots of 50 x 50 m distributed across 17 dispersed trees on cropland, 10 fallows, 6 home gardens and 4 lives fences. Diversity indices and carbon stock measurements were analyzed using linear mixed models and Tukey or Kruskal-Wallis multiple comparison tests where necessary. The main results show that in 1990, the most important land use classes in and around the BNNP were woody savannah (42.9%), gallery forest (20.2%) and clear forest (16.3%). Between 1990 and 2016, there was an increase in fields from 2.2 to 6.3% at the expense of other types of land use. At the time of the study, these fields around the BNNP were made up of AFS, essentially dispersed trees on cropland (98%). The AFS contain an average floristic richness of 50 species belonging to 23 families, the dominant one being the Fabaceae (62.4%), mainly represented by Acacia polyacantha. Two species on the International Union for the Conservation of Nature (IUCN) Red List were among the woody species listed. These are Vitellaria paradoxa and Khaya senegalensis. Farmers used AFS woody species mainly as fuel wood (66.5%) and as a source of food (63.5%). Total carbon stocks ranged from 26.9 ± 4.9 t C/ha for fallows land to 31.9 ± 7.7 t C/ha for life fences, but no significant difference was found between carbon stocks according to the types of AFS. Soil carbon averaged 31-59% of total carbon and decreased significantly with soil depth (Kruskal-Wallis test, p = 0.009). In terms of payments for environmental services, AFS carbon stock prices were estimated at between 986 and 1170$ US/ha depending on the system. The results of this thesis show that the evolutionary dynamics in favour of agroforestry fields around Sudano-Sahelian protected areas contributes to the provision of ecosystem services. The study therefore suggests that such systems should be promoted and intensified to increase their capacity to provide these services for the socio-ecological systems around protected areas known to be highly vulnerable to anthropogenic pressure.

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Brondeau, Florence. "La dynamique actuelle des écosystèmes dans le Sud-Mali : essai d'analyse cartographique." Bordeaux 3, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR30015.

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Abstract:

Le mali connait une secheresse accentuee depuis le debut des annees 70, dans un contexte d'explosion demographique et de crise economique. La dynamique des ecosystemesn, et le fonctionnement des societes rurales s'en trouvent totalement perturbes. Cultivateurs et pasteurs se revelent incapables de surmonter une telle degradation des potentialites naturelles, malgre d'indeniables capacites d'adaptation des societes rurale. Des migrations de population et de betail, sans precedent se sont declenchees, aboutissant a une totale redistribution des pressions exercees sur les milieux. Secheresse, anthropisation, vont se manifester plus ou moins durement selon les regions, et les capacites d'adaptation des differents milieux se revelent etre un element majeur dans la determination d'une regionalisation d'une crise agrp-ecologique qui tend neanmoins a se generaliser
Mali has experienced servere drought since the beginning of the 1970 th, together with a demographic explosion and an economic crisis. The dynamics of the ecosystems and the functioning of rural societies have completely disrupted. Cultivators and stock breeders have been unable to overcome such degradation of natural potential, given the condition of agricultural techniques used up to now. Population and livestock migration on an unprecedented scale has been the result, leading to a total redistribution of pressure over the various environments. Drought and anthropisation will become apparent on a greater or lesser scale, depending on the different regions. The capacity to adapt of the various environments is a major element in the regionalisation of the agro-ecological crisis, which seems to be becoming generalised

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Ngomanda, Alfred. "Dynamique des écosystèmes forestiers du gabon au cours des cinq derniers millénaires." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20146.

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Lepère, Cécile. "Diversité, dynamique et facteurs de régulation des picoeurocaryotes dans les écosystèmes lacustres." Chambéry, 2007. http://www.theses.fr/2007CHAMS005.

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Abstract:

L'analyse de la composition de la communauté picoeucaryotique (<5 mm), realise dans plusieurs systèmes lacustres différant par leur statut trophique, leur taille, leur morphologie et leur géographie, a permis d' obtenir une première estimation de la diversité de ces microorganismes. L 'étude de leur dynamique, au cours de deux années consécutives dans un lac oligo-mésotrophe, a permis d'observer l'évolution saisonnière et les relations s'établissant entre les variations spatio-temporelles de la structure des picoeucaryotes et celles des facteurs environnementaux susceptibles de les réguler. Les résultats relatifs aux facteurs de régulation ont par ailleurs été complétés par une étude expérimentale en mésocosmes. La méthode moléculaire de clonage séquençage a été utilisée pour la caractérisation des différents clades, de plus, cette méthode a été couplée à la technique de T -RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) pour étudier la dynamique saisonnière de la communauté picoeucaryotique. Enfin, la méthode TSA-FISH (Tyramide Signal Amplification-Fluorescent In Situ Hybridization) a été utilisée pour identifier et quantifier des groupes d'eucaryotes cibles. Ces travaux ont révélé une grande diversité parmi ces cellules de petite taille. La richesse et la diversité les plus élevées ont été observées dans les lacs de statut trophique intermédiaire (lac mésotrophe). A l'issue de ce travail, il apparaît toutefois que les écosystèmes étudiés présentent des spécificités communes. En effet, leur communauté picoeucaryotique est toujours dominée par un faible nombre de taxons, et la majorité des séquences lacustres obtenues sont affiliées a des groupes hétérotrophes (84% des séquences). Parmi ces organismes hétérotrophes, on note, l'importance des séquences affiliées à des groupes parasites, notamment les Champignons et les Perkinsozoa. Des comparaisons avec les groupes recensés en milieux marins ont pu être établies, ainsi, il apparaît que les nouveaux clades définis dans les écosystèmes océaniques (Stramenopiles et Alveolata) ne sont pas présents dans les écosystèmes lacustres
The composition and structure of small eukaryotes (size less than 5 mm was considered) were studied in several lakes which are characterised by contrasted trophic status, size, morphology and geography. The results allowed to obtain a first assessment of diversity and a first characterisation of lacustrine clades. The dynamics of these micro-organisms was studied during a two years long survey in an oligomesotrophic lake, allowing to observe both the seasonal changes and the relationships between modifications in small eukaryotes structure and changes measured for environmental parameters (physical, chemical, biological). Moreover, the relative importance of regulatory factors which affect small eukaryotes structure were tested using a mesocosms experimental approach. Cloning sequencing and T-RFLP were two molecular methods which were used to describe the composition and dynamics of the small eukaryote community both in ecosystemic and experimental approaches. Moreover, the TSA-FISH method was used to identify and count some specific groups of small eukaryotes. The results revealed a large diversity (number of phylogenetic groups) within the picoeukaryotic assemblage. The highest richness and diversity were reported for the mesotrophic lake. In all studied lakes, the small eukaryotes community was dominated by a small number of taxa, and sequences were mainly affiliated to heterotrophic groups. Among these heterotrophs, we highlight the importance of parasitic groups, mainly fungi and Perkinsozoa. On the basis of our data, the comparisons with small eukaryote groups observed in marine systems showed that the new clades found in oceanic systems (Stramenopiles and Alveolata) were not observed in lakes. Moreoever, large seasonal variations could be observed in the structure of small eukaryotes but, no seasonal reproducibility of small eukaryote community was observed from one year to the next

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Descloux, Elodie. "Dynamique moléculaire et épidémique du virus de la dengue dans différents écosystèmes." Thesis, Aix-Marseille 2, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX20719.

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Abstract:

Les facteurs déterminant l’épidémiologie et la sévérité de la Dengue restent mal connus. La compréhension de la dynamique des épidémies est indispensable au management de la lutte anti-vectorielle et des futures stratégies vaccinales. Dans un premier travail, la caractérisation moléculaire de 181 souches de Dengue-1 a permis de déterminer l’origine des épidémies en Polynésie Française (2001, 2006) et d’identifier un phénomène de ré-émergence. La fixation d’une mutation (E-S222T) en période endémique pourrait refléter une adaptation du virus au moustique. A l’échelle intra-hôte, la diversité des populations virales était significativement inférieure en cas de forme sévère suggérant une relation entre diversité génétique virale et clinique.Dans un second travail, cette relation a été confirmée (Bolivie, épidémie de Dengue-1, 2009) et l’importance de la composition des populations virales dans le sang capillaire a été soulignée. Dans un troisième travail, nous avons étudié l’influence du climat sur les épidémies de Dengue (Nouvelle Calédonie, 1971-2010) et développé un modèle prédictif de risque épidémique utilisable par les autorités de santé
The determinant factors of Dengue epidemiology and severity remain unclear. Understanding the epidemic dynamics is crucial to manage vector control and vaccine strategies in the future. In a first work, the molecular characterization of 181 Dengue-1 strains allowed to determine the origin of Dengue outbreaks in French Polynesia (2001, 2006) and to identify a phenomenom of re-emergence. A mutation (E-S222T) has been fixed during the endemic period that may reflect viral adaptation to the mosquito. At the intra-host scale, the genetic variability was significantly lower in patients experiencing severe forms. This suggests a relationship between the diversity of viral populations within hosts and the clinical presentation of the disease.In a second work, this connection has been confirmed (Bolivia, 2009 Dengue-1 outbreak) and the importance of the composition of viral populations in the capillary blood has been underlined.In a third work, the influence of climate on Dengue epidemics has been studied (New Caledonia, 1971-2010) and a predictive model of epidemic risk usable by the health authorities has been developed

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Dupont, Hélène. "Modélisation multi-agents d'un service ecosystémique : scénarios de systèmes d'equarrissage par des rapaces nécrophages." Paris, Ecole normale supérieure, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598563.

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Dumont, Maxime. "Apports de la modélisation des interactions pour une compréhension fonctionnelle d'un écosystème : application à des bactéries nitrifiantes en chémostat." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20199.

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Abstract:

Les caractéristiques des écosystèmes microbiens en font des modèles d'étude pertinents pour aborder des questions importantes de l'écologie générale par une approche expérimentale et théorique. Leur utilisation reste néanmoins marginale du fait de la difficulté à extraire certaines informations clés. Dans cette thèse, nous avons travaillé à dépasser ces difficultés pour étudier le lien biodiversité-fonctionnement des écosystèmes par le couplage d'outils de la biologie moléculaire et de l'automatique lors du suivi de chémostats nitrifiants. D'abord, nous avons élaboré une procédure générique permettant d'assigner une des fonctions étudiée de l'écosystème considéré à chacun des phylotypes (i. E. Espèces moléculaires) détectés via des empreintes moléculaires. Cette méthode constitue une étape essentielle pour effectuer une modélisation structurée de type "bilan de matière" des interactions inter- et intra-spécifiques pouvant s'établir entre les différentes espèces assemblées. Ensuite, nous avons procédé à une modélisation de ce type en considérant la dynamique de quatre bactéries nitrifiantes : deux nitritantes (i. E. Oxydant l'azote ammoniacal en nitrite) et deux nitratantes (i. E. Oxydant les nitrites en nitrates). La confrontation des données expérimentales de ces quatre phylotypes avec les sorties du modèle montre que la prise en compte des différents types d'interactions permet d'expliquer la coexistence de plusieurs espèces en compétition pour une même ressource ainsi que la dynamique des fonctions exprimées au niveau de l'écosystème considéré. Enfin, nous avons étudié l'influence de différentes perturbations biotiques sur la résilience des systèmes nitrifiants et confirmons plusieurs études tendant à montrer que le fonctionnement macroscopique stable d'un écosystème peut s'accompagner de variations importantes au niveau populationnel
The characteristics of microbial ecosystems make them appropriate models for studying certain important issues in general ecology using both theoretical and experimental approaches. However, their use remains marginal due to the difficulty in extracting key information. In this thesis, we have worked to such difficulties in the study of the link between biodiversity and ecosystem functioning by the use of molecular and automatic tools during the monitoring of nitrifying chemostats. First, we propose a generic method for allocating one of the studied functions performed by an ecosystem to each of the phylotypes (i. E. Molecular species) detected by molecular fingerprinting. This method constitutes an essential step in devising a structured mass-balance model taking account of inter- and intra-specific interactions which may occur between the different assembled species. Then, we accomplished such modeling by considering the dynamics of four phylotypes: two AOB (i. E. Oxidizing ammonium into nitrite) and two NOB (i. E. Oxidizing nitrites into nitrates). The comparison of the experimental data for these four phylotypes with the simulation given by the model shows that microbial interactions can lead to coexistence and play an important role in the functions expressed by the ecosystem. Finally, we have also studied the influence of different biotic disturbances on the resilience of the nitrifying systems and as a result, confirm studies which have been shown that the macroscopic functioning of an ecosystem can be stable despite significant variations at the populational scale

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Perez, Alain François. "Modélisation de la dynamique du carpe." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344523.

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François, Paul. "Réseaux génétiques : conception, modélisation et dynamique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010681.

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Abstract:

Cette thèse regroupe une série de travaux concernant la structure et la dynamique des réseaux génétiques. Nous proposons tout d'abord une méthode de conception de réseaux génétiques par évolution in silico. Cette procédure vise à concevoir des motifs réalisant une fonction donnée sans aucune contrainte sur leurs structures a priori. L'algorithme a permis de trouver de nombreux motifs originaux et connus. Une comparaison avec les réseaux existants ainsi que diverses extensions possibles du champ d'application de l'algorithme sont proposées. Nous étudions dans une seconde partie les propriétés d'un motif fréquemment trouvé par cet algorithme et sur représenté dans les réseaux naturels. Ce module de rétroaction mixte (``Mixed Feedback Loop'' ou MFL) est constitué de deux protéines A et B, la protéine A régulant la transcription du gène b, les deux protéines formant un dimère inactif. Une analyse mathématique détaillée de ce module est proposée. En particulier, nous montrons que ce module peut se comporter soit comme un commutateur génétique bistable, soit comme un oscillateur. Un diagramme de phase ainsi qu'une description mathématique précise du cycle de l'oscillateur sont dérivés analytiquement. Enfin, dans une troisième partie, nous nous intéressons plus particulièrement à des exemples biologiques d'oscillateurs génétiques : les horloges circadiennes. Les propriétés générales de ces oscillateurs sont rappelées et un modèle pour l'horloge circadienne de Neurospora crassa, basé sur le réseau MFL, est proposé. En particulier, nous montrons l'importance d'une seconde boucle de rétroaction pour la robustesse des oscillations face à la variation des paramètres.

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Tort, Marine. "Dynamique et modélisation des atmosphères profondes." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01137840.

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Abstract:

Les mouvements de l'atmosphère terrestre sont assez bien décrits dans le cadre de l'approximation d'atmosphère mince, qui néglige l'épaisseur de l'atmosphère devant le rayon de la Terre. Titan, le plus grand satellite de Saturne, possède une atmosphère épaisse, le rapport de l'épaisseur par le rayon planétaire atteignant près de 25%. Pour modéliser et comprendre sa circulation générale, il est ainsi préférable voire indispensable de ne pas faire l'approximation de couche mince. Cette thèse résout des problèmes liés à la modélisation de ce type d'atmosphères dites profondes, et aborde des questions visant à la compréhension de leur dynamique. L'approximation de couche mince et l'approximation traditionnelle qui néglige la partie de la force de Coriolis associée à la composante horizontale du vecteur rotation de la planète (appelée également partie non-traditionnelle) semblent indissociables pour satisfaire la conservation du moment cinétique absolu. Nous montrons pourtant qu'il est possible de retenir les termes non-traditionnels sous l'approximation de couche mince tout en satisfaisant les lois de conservation, et ce dans les équations d'Euler compressibles et dans celles de Saint-Venant sur la sphère. Pour certains cas d'écoulements terrestres, étant donné le petit rapport d'aspect, ce nouveau modèle NT est suffisamment précis. Dans ce cas, nous réalisons plusieurs études idéalisées de stabilité de jet zonaux et de turbulence en déclin, dans le cadre de modèles de Saint-Venant et de Boussinesq en prenant en compte la force de Coriolis complète. Nous mettons en évidence les paramètres pour lesquels les effets non-traditionnels sont significatifs et discutons des effets dans des cas réalistes. Pour modéliser la circulation atmosphérique de Titan, nous intégrons les équations quasi-hydrostatiques en levant l'approximation de couche mince dans le coeur dynamique du modèle de circulation générale LMD-Z (Titan). Après avoir identifié la structure Hamiltonienne des équations, nous imitons ce formalisme au niveau discret de manière à conserver l'énergie totale dans le modèle. Divers cas tests sont mis en place afin de valider la stabilité et la précision du nouveau coeur dynamique. Finalement, le nouveau coeur est appliqué à l'atmosphère de Titan. Dans un premier temps une simulation idéalisée est réalisée en partant de vents au repos et en utilisant un rappel newtonien vers une température d'équilibre issue d'un profil vertical mesuré par la sonde Huygens. Des simulations plus réalistes sont mises en place en couplant le c{\oe}ur dynamique profond avec les paramétrisations physiques de LMD-Z (Titan)
Large-scale atmospheric and oceanic motions are fairly well described under the so-called shallow-atmosphere approximation, which neglects the thickness of the atmosphere comparing to the planetary radius. Titan is the biggest moon of Saturn and has a thick atmosphere with an aspect ratio reaching almost 25%. It is then preferable not to make the shallow-atmosphere approximation to model its atmospheric general circulation. This thesis solves problems in modeling of such deep-atmospheres and addresses some issues for understanding their dynamics. The shallow-atmosphere and traditional approximation neglecting the part of the Coriolis force due to the horizontal component of the planetary rotation rate vector (also called as non-traditional part) seem to be inseparable to satisfy the conservation of absolute angular momentum. However, we show that it is possible to retain non-traditional terms under the shallow-atmosphere approximation while satisfying all conservation laws, in the compressible Euler equations as well as in the shallow-water equations on the rotating sphere. In most cases, given the small aspect ratio, this new non-traditional model is accurate. In this case, several idealized zonal jet stability and free evolving turbulence studies have been conducted using shallow-water and Boussinesq models taking into account the complete Coriolis force. We highlight the parameters for which the non-traditional effects are significant and discuss the dynamical effects in realistic cases. To model general circulation of Titan's atmosphere, we integrate the quasi-hydrostatic equations in the dynamical core of the LMD-Z (Titan) atmospheric general circulation model. After identifying the Hamiltonian structure of the equations, we imitate the formulation at discrete level to conserve total energy. Various test cases are performed in order to validate the stability and the accuracy of the new dynamical core. The latter is applied to Titan's atmosphere. Firstly, an idealized simulation is performed starting from an atmosphere at rest and using a Newtonian relaxation. Then more realistic simulations are implemented using parameterizations of LMD-Z (Titan)

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Staub, Carole. "Modélisation dynamique de procédés de forgeage." Lyon, INSA, 1998. http://theses.insa-lyon.fr/publication/1998ISAL0038/these.pdf.

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Abstract:

Les modélisations actuelles des procédés de matriçage par la méthode des éléments finis sont essentiellement formulées en écoulement quasi-stationnaire à partir du champ de déplacements ou de vitesses. Pour les simulations des procédés à grandes vitesses, il est nécessaire de tenir compte des effets d'inertie comme actions volumiques entrant dans l'équilibre. Deux méthodes d'intégration temporelle du problème en formulation Lagrangienne réactualisée ont été utilisées dans le logiciel axisymétrique thermo-élasto-viscoplastique développé au cours de cette thèse. La première, connue sous le nom de méthode explicite des différences finies centrées permet de résoudre l'équation d'équilibre dynamique indépendamment pour chaque degré de liberté. La gestion du contact unilatéral avec frottement où l'on suppose que les outils discrétisés à partir de segments de droite sont indéformables, peut alors être traitée par une méthode de projection dynamique. La seconde, est la méthode implicite proposée par Newmark. Une stratégie de raideur initiale est adoptée pour la recherche itérative du champ de déplacement. Les conditions aux limites sont imposées à partir d'une méthode de pénalisation et les conditions de frottement sont pilotées par l'intermédiaire d'une raideur de frottement et d'une correction itérative du second membre de l'équation d'équilibre. Dans les deux cas, les non linéarités du comportement du matériau supposé isotrope sont gérées à partir d'une prédiction élastique suivie d'une correction radiale et la prise en compte de 1' endommagement ductile est couplée. Les exemples qui illustrent ce travail témoignent des capacités d'aide à l'optimisation de procédés de fabrication du logiciel
In many cases, forming processes are simulated with a quasi-static approximation by a fm1te element method. For high speed forging processes, it is necessary to take into account inertia effects in the balance equation. Two time integration methods of the updated Lagrangian formulation are used in the axisymmetric dynamic thermo-elasto-visco-plastic software developed during this work. With the first one, known as the central difference method, the balance equation is solved independently for each degree of freedom. Tools are discretised with straight lines and considered as rigid bodies. Unilateral contact including friction conditions is introduced by a dynamic projection method. The second time integration scheme is the implicit method proposed by Newmark. The stiffness matrix is kept constant in order to reduce computation time. The boundary conditions are imposed with a penalty method and the friction conditions introduced with a friction stiffness and a friction• force. In both cases, the behaviour of the material is assumed as elastoplastic with isotropic hardening. The plastic strains are assessed with a radial return algorithm, and ductile damage t coupled. The different examples presented in this work show that the software is an efficient tool for the development and the optimisation of forging processes

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François, Paul Raymond Albert. "Réseaux génétiques : conception, modélisation et dynamique." Paris 7, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010681.

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Parveen, Bushra. "Structure et dynamique de la communauté bactérienne libre et attachée dans les écosystèmes lacustres." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22221.

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Abstract:

C'est essentiellement sur les bactéries libres que portent les études récentes en écologie microbienne d'eau douce, et seulement quelques études ont concerné les communautés bactériennes attachées. Dans cette étude basée sur l'analyse des séquences du gène 16SARNr, la diversité des communautés bactériennes attachées ainsi que de la fraction libre a été étudiée sur deux systèmes d'eau douce ; un lac mésotrophe (le lac du Bourget) et un lac hypereutrophe (le lac Villerest). La diversité des Actinobacteria, Betaproteobacteria et Verrucomicrobia libres et attachées a été étudié en relation avec les variables environnementales, dans le lac du Bourget pendant deux périodes à dominances contrastées de phytoplancton. L'analyse des résultats a montré une différence au niveau phylogénétique entre les communautés bactériennes attachées et libres des trois groupes de bactéries étudiées. Le clade betaI, dominait les Betaproteobacteria des fractions libres et attachées, avec 57,8% de la totalité des unités taxinomiques opérationnelles (OTUs). Pour les Actinobacteria, le groupe d'acIV a été détecté comme le plus abondant, suivi par acI avec respectivement 45% et 25% du total des OTUs. De même, les groupes Verrucomicrobia d'eau douce, à savoir CREPA29, FukuN18, CL120-10 sont apparus comme les plus importants, avec 22,3%, 16,15% et 14,61% des OTUs respectivement. Cette étude a permis de définir 15 nouveaux clades putatifs représentant la diversité bactérienne d'eau douce des Betaproteobacteria (lbI-lbVIII), Actinobacteria (acLBI) et Verrucomicrobia (CRE-PA29, FukuS27, BourFI-BourFIV). Par ailleurs, 12 groupes représentant la diversité de phylogénétique des Betaproteobacteria, Actinobacteria et Verrucomicrobia contiennent exclusivement des OTUs de la fraction attachée. La dynamique saisonnière souligne les changements des phylotypes bactériens distincts pour les deux communautés attaché et libre. Les Actinobacteria dans la fraction attachée était associée avec la biomasse des Chrysophyceae et N-NO3, et les Betaproteobacteria avec la biomasse de Chlorophyceae et de la richesse du phytoplancton tandis que les Verrucomicrobia de cette même fraction ont semblé être principalement influencés par la richesse du phytoplancton, l′abondance des rotifères et les nutriments inorganiques (N-NO3, SiO2). D'autre part, dans les communautés libres, peu de clades d'actinobacterie dépendent des nutriments ou du phytoplancton, alors que les Betaproteobacteria et Verrucomicrobia ont été principalement associés avec les paramètres biologiques (i.e. phytoplancton et copépodes). Pendant le bloom des cyanobacteries (Microcystis sp.) dans le lac Villerest, les Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Bacteroidetes et Actinobacteria ont été détectés comme taxa dominants dans les banques de clones du gène 16S ARNr. Toutefois Verrucomicrobia et Deinococcus-Thermus sont apparus relativement moins abondants dans les deux fractions, tandis que,Gemmatimonadetes, Acidobacteria, Chloroflexi, Planctomycetes, Deltaproteobacteria, Firmicutes et Op11 sont apparus comme des phyla mineurs dans la banque de clones des communautés bactériennes attaché et libre. Les Betaproteobacteria (n=118) attachées sont apparus comme le groupe dominant, suivi par Gammaproteobacteria (n=74) et Bacteroidetes (n=52). L'analyse phylogénétique des séquences obtenues pour la banque de clone de la fraction libre a montré que la plupart des OTUs appartiennent à Betaproteobacteria (n=192), suivi par Bacteroidetes (n=132) et Actinobacteria (n=61). Tandis que les Gammaproteobacteria (n=42) et Alphaproteobacteria (n=42) sont présents dans des proportions égales dans la banque de clones du 16S ARNr libre. (...)
The free-living bacteria point of view dominates in recent research of freshwater microbial ecology, only a few studies have focused on attached bacterial communities. In present study, based on 16S rRNA gene sequences, diversity of attached and free-living bacterial community was investigated from two freshwater aquatic systems ; a mesotrophic lake Bourget and a hypereutrophic lake Villerest. The diversity of attached and free-living Actinobacteria, Betaproteobacteria and Verrucomicrobia, in relation to environmental variables was investigated from lake Bourget during two contrasting periods of phytoplankton dominance. Comparison analyses showed a phylogenetic difference between attached and free-living bacterial communities of all three studied bacterial groups. The betaI, appeared as most dominant among all clades representing phylogenetic diversity of freshwater Betaproteobacteria, for both attached and free-living fractions, contributing to 57.8% of of the total retrieved opertational taxonomic units (OTUs). For Actinobacteria, the acIV cluster was detected as dominant, followed by acI accounting for 45% and 25% of the total retrieved OTUs respectively. Similarly, freshwater Verrucomicrobia cluster namely, CRE-PA29, FukuN18, CL120-10 appeared as dominant, comprising 22.3%, 16.15% and 14.61% of the total retrieved OTUs respectively. This study allowed defining 15 new putative clades representing the freshwater bacterial divesity of Betaproteobacteria (lbI-lbVIII), Actinobacteria (acLBI) and Verrucomicrobia (CRE-PA29, FukuS27, BourFI-BourFIV). In addition, 12 clusters representing the phylogenetic diversity of Betaproteobacteria, Actinobacteria and Verrucomicrobia were exclusively comprised of OTUs from the attached fraction. The seasonal dynamics of environmental variables have been reflected as changes in distinct bacterial phylotypes for both attached and free-living communities. The attached bacterial communities of Actinobacteria showed affiliation with Chrysophyceae biomass and N-NO3, while attached Betaproteobacteria were affiliated with biomass of Chlorophyceae and phytoplankton richness. Similarly attached verrucomicrobial communities appeared to be mainly influenced by phytoplankton richness, rotifers abundances and inorganic nutrients (NNO3,SiO2). On the other hand, within free-living communities, few actinobacterial clades were found to be dependent on either nutrients or phytoplankton communities, whereas Betaproteobacteria and Verrucomicrobia were mainly associated with biological parameters (i.e. phytoplankton and copepods communities). In another study during a cyanobacterial (Microcystis sp.) bloom from lake Villerest, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria were detected as prevalent taxa among the 16S rRNA gene clone libraries, however, Verrucomicrobia and Deinococcus-Thermus appeared as comparatively less abundant bacterial groups in both fractions. Whereas, Gemmatimonadetes, Acidobacteria, Chloroflexi, Planctomycetes, Deltaproteobacteria, Firmicutes and Op11 were appeared as minor phyla in clone libraries of attached and free-living bacterial communities. For attached bacterial communities Betaproteobacteria (n=118) appeared as most dominant group, followed by Gammaproteobacteria (n=74) and Bacteroidetes (n=52). The phylogenetic analysis of the sequences obtained for the clone library from free-living fraction showed that most of the OTUs belonged to Betaproteobacteria (n=192) followed in decreasing order by Bacteroidetes (n=132) and Actinobacteria (n=61) whereas Gammaproteobacteria (n=42) and Alphaproteobacteria (n=42) appeared in equal proportion in free-living 16S rRNA clone libraries. (...)

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Barros, Ceres. "Etude de la stabilité des écosystèmes à plusieurs échelles spatiales et trophiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAV013/document.

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Abstract:

Dans un contexte de changement global qui continue de menacer les espèces et l’intégrité des écosystèmes à travers le monde, l’étude de la stabilité des écosystèmes n’a jamais été aussi importante. Jusqu’à aujourd’hui, la plupart des études sur la stabilité des écosystèmes se sont centrées sur des écosystèmes simples et des perturbations individuelles, en focalisant généralement sur le comportement de propriétés écosystémiques particulières, comme les indices de productivité et de diversité. Cependant, les écosystèmes sont soumis simultanément à de multiples perturbations. De plus, à grande échelle spatiale, différents écosystèmes se succèdent, chacun répondant différemment à une perturbation donnée. L’étude de la stabilité des écosystèmes doit donc progresser vers des approches plus intégratives qui seront informatives à des échelles pertinentes pour la gestion des écosystèmes. Cette thèse est un pas en avant dans cette direction. Ici, j’ai utilisé plusieurs approches pour évaluer la façon dont de multiples facteurs de changement global, tels que les changements climatiques graduels et extrêmes et les changements d’usage du sol, affectent la stabilité des écosystèmes à grande échelle spatiale, du point de vue d’un seul niveau trophique à un point de vue multitrophique.Je commence par souligner l’importance de considérer les interactions entre les changements climatiques graduels et extrêmes, en conjonction avec les changements de l’usage du sol, pour la gestion de paysages hétérogènes, comme les Alpes européennes. En utilisant un modèle de végétation dynamique et spatialement explicite, je montre qu’une augmentation de la fréquence et de l’intensité de la sécheresse pourrait drastiquement changer les tendances d’embroussaillement des habitats ouverts alpins et subalpins qui sont généralement prévues par les projections ne prenant pas en compte ces évènements extrêmes dans le futur. J’ai ensuite étudié si la sécheresse et le réchauffement climatique progressif amenaient les communautés végétales à souffrir des transitions différentes, en utilisant une approche innovatrice dans laquelle les états des communautés sont décrits d’une façon multidimensionnelle. Je montre que bien que les effets de la sécheresse sur la structure des forêts et des pâturages ne devraient pas trop affecter les trajectoires à long terme causées seulement par le réchauffement climatique graduel, ils devraient rendre les communautés forestières plus instables que les prairies dans le futur. Cependant, l’analyse des réponses de la végétation reste limitée à un seul niveau trophique. Vu que les réseaux trophiques représentent les flux d’énergie dans un écosystème, l’étude de leur stabilité aux perturbations devrait fournir des informations plus précises sur la stabilité globale de l’écosystème. Donc, j’ai aussi étudié la stabilité des réseaux trophiques dans les aires protégées européennes face à des scénarios futurs d’usage du sol et de climat. Mes résultats montrent que ces réseaux trophiques peuvent être très sensibles aux changements climatiques, même s’ils ne sont soumis à aucun changement d’usage du sol. Notamment, je montre que la prise en compte des phénomènes de dispersion des espèces aura un impact important sur la robustesse des réseaux, et je souligne l’importance de leur prise en compte pour la gestion des écosystèmes.Dans ma thèse, je démontre que les concepts de stabilité de l’écosystème peuvent et doivent être appliqués à des échelles pertinentes pour la gestion des écosystèmes, tout en adoptant la nature multidimensionnelle des écosystèmes
As global change threatens ecosystems worldwide with biodiversity loss, studying ecosystem stability has never been so important. Most ecosystem stability studies have heretofore focused on single ecosystems and disturbances, usually following the behaviour of particular ecosystem properties, such as productivity and diversity indices. However, ecosystems are subjected to multiple disturbances simultaneously and at large spatial scales different ecosystems co-occur, each responding specifically to any given disturbance. Hence, the study of ecosystem stability needs to move towards approaches that can be informative at broad scales that are relevant for ecosystem management. This thesis is a step forward in this direction. Here, I used several approaches to assess how multiple global change drivers, such as climate change, extreme whether events, and land-use changes, affect ecosystem stability at landscape and larger spatial scales, and from single to multi-trophic level perspectives.I begin by highlighting the importance of considering the interactions between gradual and extreme climate changes, in conjunction with land-use changes, for the management of highly diverse landscapes, such as the European Alps. Using a spatially explicit dynamic vegetation model, I show that increasing drought frequency and intensity will likely change the trends of treeline movement expected under future gradual climate warming scenarios. I then investigated whether drought and gradual climate warming caused plant communities to shift in different ways, using n-dimensional hypervolumes to describe community states in multidimensional space. Drought effects on forest and grassland structure did not greatly change the long-term trajectories caused by gradual climate warming alone, but showed that forest communities became more unstable than grasslands in the future. However, focusing on vegetation dynamics remains limited to a single trophic level. Because trophic networks represent energy flows in an ecosystem, studying their stability to disturbances should provide more accurate information on overall ecosystem stability. Hence, I also investigated trophic network stability in European protected areas to future scenarios of land-use and climate changes. My results show that these trophic networks may be highly sensitive to climate changes, even if no land-use changes occur. Importantly, I show that considering different dispersal limitations will greatly impact network robustness, and stress the importance of accounting for these processes in ecosystem management.In my thesis, I demonstrate that ecosystem stability concepts can and should be applied at scales that are relevant for management, while embracing the multidimensional nature of ecosystems

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Cadamuro, Laurent. "Structure et Dynamique des écosystèmes inondables (forêt marécageuse, mangrove) du bassin du Sinnamary (Guyane Française)." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007798.

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Abstract:

Le but de cette étude est de caractériser le passage progressif d'une mangrove d'estuaire d'une part, à une formation mixte mangrove - forêt marécageuse d'autre part. Ce travail s'inscrit dans une optique plus large qui vise à comprendre l'évolution de cette mangrove d'estuaire et à prédire, à terme, le sens de son évolution. La structure de la végétation de l'estuaire du Sinnamary (Guyane Française) est étudiée en relation avec les paramètres physico-chimiques du sol et en fonction de l'histoire sédimentaire de la zone. La zone d'écotone Mangrove - Forêt marécageuse est tout particulièrement étudiée avec la recherche de paramètres caractérisant le gradient de l'influence marine. Trois types de formations végétales sont décris au moyen de paramètres structuraux (composition floristique, diamètre, hauteur, densités) sur 5 sites répartis sur 350 km² et représentant 26 225 m² d'inventaire. A partir de ces mesures, la dynamique des populations a été mise en évidence. L'évolution des densités au cours du temps, l'accroissement diamétrique annuel et la répartition des espèces majeures ont été caractérisés. Les relations entre les paramètres physico-chimiques du sol et la répartition des espèces ont également été précisées. Enfin, l'évolution du peuplement au cours des 50 dernières années a été étudiée a travers des photographies aériennes à différentes échelles et la télédétection spatiale. L'étude de la structure du peuplement a permis de caractériser les différents faciès de mangrove observés et de proposer des modèles empiriques d'évolution des paramètres de structure (Composition floristique, densité spécifique, surface terrière). Les relations allométriques entre la hauteur et le diamètre des principales espèces ont également été précisées. L'étude de la dynamique des populations a permis de rendre compte de la répartition spécifique pour les principales espèces. L'analyse de ces répartitions a mis en évidence les stratégies de colonisation et d'occupation du milieu par les différentes espèces ainsi que les effets des conditions du milieu sur la mise en place de ces stratégies. Contrairement à ce qui est observé en forêt de terre ferme, l'analyse des données d'accroissement diamètrique a montré l'absence de rythmicité de croissance des individus dans ce milieu. L'étude et le suivi des formations par télédétection (sensus lato) a permis de visualiser et de quantifier les phénomènes de transformation de la mangrove avec une précision toute particulière sur la période d'étude (1996-1998). Enfin, l'étude des caractéristiques physico-chimiques des sols a permis de mettre en évidence les phénomènes d'évolution des sols et d'en identifier le déterminisme. Les relations sols¬végétation ont été précisées, apportant des données nouvelles pour ces milieux. Les connaissances sur la structure du peuplement, sur la dynamique du peuplement, sur les inter-relations sol-végétation, ainsi que les modèles d'évolution des paramètres structuraux en fonction du temps proposés constituent une base solide pour l'étude de ces milieux à l'échelle régionale par des techniques de télédétection spatiale ou aéroportées et pour la compréhension des mécanismes de transformation de ces milieux.

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Garneau, Marie-Eve. "Structure et dynamique du réseau microbien dans des écosystèmes côtiers arctiques sous l'influence d'apports riverains." Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25371/25371.pdf.

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Dubois, Mélodie. "Effets combinés de la pêche et des perturbations naturelles sur la dynamique des écosystèmes coralliens." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEP021.

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Abstract:

Les récifs coralliens fournissent des services écosystémiques critiques aux populations côtières qui en dépendent pour leur mode de vie et leur bien-être. Cependant, les écosystèmes coralliens sont soumis à une combinaison de perturbations naturelles et de facteurs de stress anthropiques de plus en plus importants. Ces pressions peuvent entraîner des changements abruptes et parfois irréversibles dans la structure et le fonctionnement des communautés et, donc, dans les services écosystémiques délivrés par ces écosystèmes. Comprendre la dynamique de ces changements de régime est fondamentale pour gérer durablement les systèmes socio-écologiques des récifs coralliens. L’objectif principal de cette thèse est de développer de meilleurs systèmes de modélisation afin de mieux informer les initiatives de gestion. Deux approches de modélisation ont été utilisées: Ecopath avec Ecosim (EwE) et la modélisation multi-agents. Le système socio-écologique corallien de Moorea, en Polynésie française, a servi de cas d’étude. Dans un premier temps, nous avons recueilli et intégré diverses données écologiques et sociales pour modéliser le réseau trophique de Moorea, textit{avant}, textit{pendant} et textit{après} une perturbation d'origine naturelle. Nous avons ensuite utilisé une analyse de réseau écologique pour évaluer les voies de récupération de cet écosystème corallien. Nous avons montré que, bien que les communautés benthiques se soient rétablies en une dizaine d'années après la perturbation, l’écosystème dans son ensemble présentait des trajectoires de récupération incomplètes. Pour explorer les effets de la pêche sur les dynamiques de l'écosystème, nous avons développé un modèle de réseau trophique dynamique qui revisite un régime de perturbation naturelle selon différents scénarios de pêche. Nous avons montré que l'effet indirect de la pêche peut maintenir un niveau intermédiaire de populations de poissons, atténuant ainsi l'impact des régimes de perturbations naturelles sur la société locale. Finalement, pour mieux prédire l'efficacité des initiatives de gestion des pêches, nous avons développé un modèle multi-agents qui tient compte des dynamiques de pêche plus réalistes. Nous avons montré qu'un réseau d'aires marines protégées (AMP) pourrait, à long terme, avoir des effets positifs sur les populations marines et sur la production halieutique, mais à condition que l'écosystème n'ait pas subi de perturbation naturelle. Cette thèse donne de nouvelles informations sur la manière dont les perturbations naturelles et les activités de pêche façonnent la dynamique des récifs coralliens
Coral reef provides coastal communities with vital and valuable ecosystem services, such as food and coastal protection, sources of income, and contribute to their societal and cultural identity. However, coral reef ecosystems are subjected to a combination of increasing natural disturbance regimes and increasing multiple human stressors. This may cause irreversible shifts in community structure and, thus, in the delivery of ecosystem services. Understanding the dynamics of these state shifts is fundamental to sustainably manage coral reef social-ecological systems. The overarching goal of this PhD thesis is to better develop system modeling methods to better inform sustainability management. We used two main modeling approaches: Ecopath with Ecosim (EwE) and Agent Based Modeling. We used the coral reef social-ecological system of Moorea, French Polynesia, as a case study. Firstly, we collected and integrated various ecological and social data to build three food web models of Moorea, before, during and after a natural disturbance-driven coral mortality. Then, we used an ecosystem network approach to assess recovery pathways of that coral reef ecosystem. We showed that, while benthic communities recovered in a decade after the disturbance, the ecosystem as a whole presented a recovery debt. To investigate how fisheries dynamics interact with this ecosystem dynamic, we developed a dynamic food web model that revisits a natural disturbance regime under different fishing scenarios. We showed that indirect effect of fisheries can maintain intermediate level of fished populations, thus buffering the impact of the disturbance regime on local society. Finally, to better predict local fisheries management initiatives, we developed an agent-based model that accounts for more realist fisheries dynamics. We showed that a network of Marine Protected Areas (MPA) could in the long-term benefit both marine resources and fisheries production, but under a scenario without disturbance regime. Some of our results give new insights on how both natural disturbances and fisheries activities interact to shape coral reef ecosystems

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Garneau, Marie-Ève. "Structure et dynamique du réseau microbien dans des écosystèmes côtiers arctiques sous l'influence d'apports riverains." Doctoral thesis, Université Laval, 2008. http://hdl.handle.net/20.500.11794/19999.

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Abstract:

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009
Le plateau côtier de la rivière Mackenzie dans la mer de Beaufort. un écosystème majeur du bassin arctique, reçoit une quantité considérable de sédiments et de matière organique terrigènes. Cette région de V Arctique canadien ouest est de plus en plus affectée par le réchauffement climatique qui augmentera vraisemblablement les apports riverains de carbone organique via l'avancée de la ligne des arbres, le dégel du pergélisol et l'augmentation des précipitations. Le réseau microbien occupe une place centrale dans le cycle du carbone et les transferts d'énergie dans les écosystèmes, mais à ce jour aucune étude n'aborde les variations spatiales et temporelles de la production bactérienne (PB) et des assemblages bactériens dans l'Arctique. La présente thèse avait pour objectif d'évaluer la structure et la dynamique des communautés microbiennes sur le plateau côtier arctique, avec une emphase sur le rôle des particules et des bactéries attachées à celles-ci. L'étude spatiale dans le panache de la rivière Mackenzie a montré que le gradient de salinité structure les communautés bactériennes qui sont dominées par le groupe Beîaproteobacteria en eau douce, et par les Alphaproteobacîeria dans la mer de Beaufort. Les secteurs influencés par la rivière présentaient des taux maximaux de PB, dont entre 75% et 96% pouvaient être attribués aux bactéries associées aux particules (AP). Cette première étude annuelle de la PB en milieu côtier arctique a montré que les communautés bactériennes de la baie de Franklin demeurent actives toute l'année puisqu'elles utilisent les substrats disponibles, soit les apports allochtones de carbone organique, pour survivre durant la noirceur hivernale. Même si en période estivale les bactéries utilisent les substrats organiques labiles de la production primaire in situ, la baie de Franklin semble être un écosystème hétérotrophe sur une base annuelle. Les bactéries AP étaient particulièrement actives au printemps et à l'été, très probablement en raison des apports allochtones saisonniers de matière organique particulaire (MOP). L'analyse de l'ADN par DGGE {denaturing gradient gel electrophoresis) a montré des différences phylogénétiques entre les assemblages de bactéries libres et les assemblages de bactéries AP lorsque les concentrations en MOP sont plus élevées. A plusieurs autres sites, les assemblages libres et PA étaient similaires. La thèse souligne l'importance des particules allochtones pour les réseaux microbiens des milieux arctiques côtiers, et qu'il faut les considérer dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique

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Vonnet, Matthieu. "Modélisation dynamique et commande d'un propulseur naval." Phd thesis, Université de Nantes, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00460439.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse porte sur la modélisation dynamique et la commande en poussée des propulseurs navals. Un état de l'art de la modélisation des propulseurs électriques est d'abord présenté. Un modèle quasi-statique de propulseur est étudié et identifié expérimentalement en employant le bassin d'essais du Laboratoire IREENA. La nécessité d'un modèle dynamique d'hélice plus précis est mise en évidence. Deux approches sont alors envisagées. La première consiste à modéliser physiquement une hélice marine. Les théories des moments et la théorie des éléments de pale sont rappelées, puis la théorie dynamique du moment linéaire des hélices, développée dans un cadre rigoureux, est exposée. Un modèle dynamique d'hélice est déduit de cette dernière théorie et est étudié. La modélisation dynamique de l'hélice est ensuite envisagée par une approche fréquentielle, mieux adaptée à la commande. Des méthodes d'identification sans mesure hydrodynamique sont proposées et validées expérimentalement. La commande en poussée des propulseurs est abordée dans la dernière partie. Des méthodes de commande existantes sont brièvement étudiées et testées expérimentalement. Les tests réalisés mettent en évidence la nécessité de disposer d'une méthode de commande plus robuste vis-à-vis de la ventilation de l'hélice, qui occasionne des pertes de poussée importantes. Une nouvelle loi de commande, s'appuyant sur un observateur du couple hydrodynamique et sur le modèle dynamique de l'hélice, est finalement proposée. Des résultats expérimentaux, attestant la précision de la commande proposée, sont présentés.

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Gallot, Guillaume. "Modélisation Dynamique et Commande d'un robot Anguille." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00306695.

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Abstract:

Cette thèse se place dans le cadre du projet Robot-Anguille, qui regroupe six laboratoires français. L'objectif du projet est de concevoir, étudier et réaliser un robot "anguille" ou "serpent-nageur" capable de se déplacer dans un espace à 3 dimensions.

A travers cet objectif, la thèse se porte dans un premier temps sur la modélisation dynamique du robot sous la forme d'un mécanisme hybride (structures de robots parallèles montées en série) permettant ainsi d'être le plus proche possible du prototype construit. Pour cela nous avons utilisé les algorithmes récursifs de Newton-Euler pour les modèles dynamiques inverse et direct en les généralisant au cas des robots à base mobile. Nous avons également proposé un modèle de contact fluide-structure pour simuler le comportement du robot dans l'eau. Pour tester ces algorithmes, nous avons simulé le comportement du robot lors de différents types de nage et en avons tiré des conclusions qui nous ont guidées dans la conception du prototype.

Dans un deuxième temps, à partir d'un générateur de mouvements à base de CPGs (ou réseau de neurones), nous avons étudié des lois de commande pour réaliser des simulations de nage en boucle fermée. Ainsi, nous avons abordé les problèmes de la nage vers des points cible et l'évitement d'obstacles pour la nage en milieu confiné.

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Velkova, Cvetelina Vladimirova. "Modélisation du comportement dynamique des rotors d’hélicoptères." Thesis, Paris, ENSAM, 2013. http://www.theses.fr/2013ENAM0055/document.

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Abstract:

Modélisation du comportement dynamique des rotors d'hélicoptèresL'objectif de la thèse est l'étude et la modélisation du comportement dynamique et aérodynamique du rotor de l'hélicoptère en considérant à la fois les forces d'inertie et les forces aérodynamiques et en tenant compte des déformations élastiques des pales. L'algorithme de couplage proposé permet d'effectuer le calcul transitoire avec échange de données entre les solveurs fluide et structure à chaque pas de temps.La particularité de cette étude est l'utilisation du modèle aérodynamique de la ligne active, qui représente les forces de pale appliquées au fluide par des termes sources. Ces termes sources sont répartis dans les cellules de maillage à l'emplacement de la pale. Ainsi, la rotation, la torsion et le battement de la pale peuvent être représentés sans aucune déformation du maillage. Un avantage de la ligne active est que la simulation utilise un nombre réduit de nœuds, car des conditions aux limites «lois des parois» ne doivent pas être modélisées.Le cas d'un petit rotor expérimental d'hélicoptère est étudié en vol d'avancement. Les solveurs de fluide et de structure sont couplés pour calculer le comportement aérodynamique et dynamique du rotor. Pour ce faire, un algorithme de couplage faible en série décalé est appliqué. Les calculs itératifs sont contrôlés par un code spécialement conçu. Au début de chaque itération, le code calcule et répartit les termes sources dans le domaine fluide. A la fin du pas de temps, le code exécute le solveur de calcul de structure pour calculer un seul pas de temps. Ce solveur calcule le déplacement de la pale sous l'effet des forces aérodynamiques, élastiques et d'inertie et renvoi les résultats au solveur fluide. Les déplacements de la pale calculés servent de référence pour le solveur fluide au pas de temps suivant, pour distribuer les termes sources. Le calcul s'arrête lorsque le critère de convergence est vérifié.Afin de valider le cas simulé, des expérimentations sont réalisées en soufflerie. La puissance et la poussée aérodynamique du rotor sont mesurées. La Vélocimétrie par images de particules (PIV) est utilisée pour obtenir le champ de vitesse autour du rotor. Les mesures PIV à phase bloqué dans des plans azimutaux ont permis de reconstituer le champ d'écoulement 3D. La comparaison entre les résultats numériques et les expériences montre un bon accord et permet de valider la méthode de couplage proposée
MODELING THE DYNAMIC BEHAVIOR OF HELICOPTER ROTORThe aim of the thesis is the investigation and modeling of dynamic and aerodynamic behavior of helicopter rotor considering both inertial and aerodynamic forces and taking into account the elastic deformation of the blades. The proposed coupling algorithm allows the transient calculations with data exchange between the fluid and structure solvers at each time step.The particularity of this research is the use of an actuator line aerodynamic model, which represents the blade forces applied to the fluid as source terms. These source terms are distributed in the grid cells where the blade is located. Thus the rotation, flapping and torsion of the blade can be represented without any grid deformation. An advantage of the actuator line is that the simulation uses a reduced number of nodes, because the “wall” boundary conditions do not need to be modeled.The case of small experimental helicopter rotor is studied in forward flight. The fluid and structure solvers are coupled to calculate aerodynamic and dynamic behavior of the rotor. For this purpose, a loosely coupling serial staggered algorithm is applied. The iterative calculations are controlled by specially developed code. At the beginning of each iteration, this code calculates and distributes the source terms in the fluid domain. At the end of the time step, the code runs the structural solver to execute a single time step. This solver calculates the blade displacement under aerodynamic, elastic and inertial forces, and the results are returned to the fluid solver. The calculated blade displacements serve as reference in the next fluid step to distribute the source terms. The calculation stops when the convergence criteria are met.In order to validate the simulated case, measurements are carried on in the wind tunnel. The power and aerodynamic thrust of the rotor are measured. Particle Image Velocimetry (PIV) is used to obtain the velocity field around the rotor. Phase locked measurement in azimuth planes enabled to reconstruct 3D flow field. The comparison between numerical results and experiments shows good agreement and permits to validate the proposed coupling method

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Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation dynamique des écosystèmes'

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