Katia DIADEMA

katia.diadema@univ.u-3mrs.fr

Projet de thèse : Interactions biotiques et structure génétique chez deux végétaux endémiques du sud-est de la France :
implications pour la conservation des populations

(co-direction Frédéric Médail et François Brétagnolle)

u Laboratoire d’accueil :

Institut Méditerranéen d’Ecologie et de Paléoécologie (I.M.E.P., UMR CNRS 6116), Université d’Aix-Marseille III, Faculté des Sciences et Techniques de St Jérôme, case 461, 13397 Marseille cedex 20, France. email : f.medail@univ.u-3mrs.frtel. 04 42 90 84 06

u Etudiante en Doctorat : Katia DIADEMA

u Encadrement :

Directeurs de thèse : Dr Frédéric MEDAIL, Maîtres de Conférences (IMEP)

Co-directeur : Dr François BRETAGNOLLE, Professeur (Université de Dijon)

Responsable HDR : Dr Thierry TATONI, Professeur (IMEP)

u Cofinancement : Conservatoire Botanique National Méditerranéen de Porquerolles et Parc National du Mercantour

u Organismes partenaires sollicités : Direction Régionale de l’Environnement PACA, Parc National du Mercantour, Laboratoire de Botanique de l’Université de Neuchâtel, Zone Atelier " Arrière-pays méditerranéens " (CNRS, PEVS/INSU-E), Réserve MAB du mont Ventoux.

u Mots-clés :

Biologie de la Conservation, espèces rares, endémisme, changements des modes d’usage des terres, fragmentation, isolement, refuges, phylogéographie, dispersion des graines, stratégies de reproduction, modalités de gestion, Directive Habitats/NATURA 2000, Alpes maritimes.

- Novembre 2002 -

1. Problématique générale de la recherche : contribuer à la compréhension des phénomènes de rareté et d’endémisme chez les végétaux supérieurs

Ce travail s’inscrit dans les recherches consacrées à l’explication des situations de rareté chez les végétaux supérieurs. En effet, chercher à comprendre les causes de la rareté des espèces constitue une thématique centrale en biologie de la conservation (Fiedler & Ahouse, 1992; Gaston, 1994) en raison de la crise actuelle d’extinction des espèces et des modifications environnementales en cours. Or, la notion de rareté est complexe car intimement liée aux échelles d’observation utilisées et aux dynamiques spatio-temporelles des espèces et des communautés. Certains auteurs ont tenté d'expliquer les causes de rareté par un ensemble d’attributs biologiques particuliers, mais peu de résultats probants ont été encore obtenus. Des avancées notables ont cependant été réalisées en faisant des études comparatives entre taxons rares et communs, proches sur le plan phylogénétique (ex. Bevill & Louda, 1999 ; Gitzendanner & Soltis, 2000). Il convient en fait de distinguer deux grands types de rareté : les espèces naturellement rares, en général parfaitement adaptées à vivre en populations réduites et isolées, et les espèces devenues rares suite à des événements de perturbation d’origine anthropique. Comme le souligne Gaston (1994), le facteur majeur expliquant le caractère commun ou rare des espèces est désormais le mode d’usage des terres, tout au moins dans les pays fortement industrialisés.

Les taxons endémiques, occupent des aires géographiques plus réduites par rapport aux autres représentants proches sur le plan systématique et sont donc en général des espèces rares. Cependant rareté et endémisme ne sont pas des notions interchangeables, puisque une espèce peut être endémique d’une région donnée sans être pour autant rare. En comparant une vingtaine de couples congénériques au sein de la flore du Languedoc, Lavergne (ined.) montre ainsi que, par rapport aux espèces communes, les espèces endémiques occupent des habitats à plus fortes contraintes et moins productifs, sont moins compétitives et résistent mieux aux stress ; leurs modes de reproduction sont plus autogames, et la production de graines par individu est plus réduite bien que la taille et la forme des graines soient semblables. Mais il est difficile d’établir une corrélation fiable entre la rareté des endémiques et leur diversité génétique. En effet, certains endémiques possèdent une variabilité génétique très inférieure (ex. Baskauf et al. 1994) à celle des espèces apparentées de plus large distribution, chez d'autres au contraire elle est équivalente ou supérieure (Baskin & Baskin 1988 ; Lewis & Crawford 1995). Ces divergences incombent sans doute aux différences d'âge et de vitesse évolutive des taxons.
Ainsi, les phénomènes de rareté des végétaux sont encore difficilement généralisables puisque chaque espèce rare constitue une entité unique (Gaston, 1994 ; Gitzendanner & Soltis, 2000). Les biologistes de la conservation doivent donc multiplier les travaux considérant les diverses formes de rareté des espèces, du point de vue des attributs biologiques, des spécificités d’habitats et des types d’aire de répartition (Schemske et al., 1994).

Quelles sont les conditions de maintien des populations végétales fragmentées ?

La structure actuelle des populations des êtres vivants s’explique par les caractéristiques locales du milieu mais aussi par les processus macroécologiques (facteurs liés à l’histoire, comme la dérive des continents et les cycles bioclimatiques) qui ont été moins considérés en écologie et en biologie de la conservation. Pourtant leur rôle est déterminant afin de comprendre les patrons d’endémisme et la structuration des espèces orophiles. Ainsi, depuis la dernière glaciation, un remaniement de l'organisation des populations de nombreuses espèces végétales a eu lieu, notamment grâce à l’existence de zones refuges. L’existence de ces territoires épargnés par les glaces et où les végétaux ont pu persister durant ce dernier maximum glaciaire du Würm (18000 B.P.), a joué un rôle majeur pour le développement des flores et végétations de l’Holocène, en Europe tempérée et en région méditerranéenne (ex. Hewitt, 1999).

Deux principales hypothèses de survie expliquent la recolonisation postglaciaire des régions nordiques par la flore et la végétation tempérée : l'hypothèse des nunataks, zones refuges in situ dans les espaces englacés, et l'hypothèse de la tabula rasa selon laquelle les espèces végétales auraient migré dans des régions chaudes en périphérie des lieux recouverts de glace, le plus souvent situées en position méridionale. Des analyses moléculaires permettent de reconstituer les parcours phylogéographiques utilisés par certaines espèces pour recoloniser les milieux soustraits des glaces (ex. Taberlet et al., 1998 ; Petit et al., 2001) et la combinaison avec les données paléoécologiques apporte des éléments précieux (Brewer et al., 2002). En situation de refuge, les populations d’espèces méditerranéennes ont pu survivre durant plusieurs cycles de glaciations ce qui a permis la conservation des souches endémiques anciennes. D’autres espèces ou populations ont migré et se sont fragmentées durant les glaciaires mais elles ont pu se réunir et s’hybrider pendant les phases favorables des interglaciaires (Hewitt, 1999, 2000). L’ensemble de ces phénomènes a provoqué des divergences ou des mélanges de génomes (zones hybrides) ou ont donné naissance, selon le degré d’isolement, à de nouveaux taxons endémiques " jeunes ". L’importance des glaciations dans la diversité génétique des populations végétales commence a être mieux connu en Europe tempérée (ex. Lutz et al., 2000 ; Reisch, 2002) mais beaucoup reste à faire en région méditerranéenne.

Les populations végétales fragmentées et isolées par les événements climatiques holocènes peuvent suivre une dynamique relativement analogue de celle des populations vivant dans un milieu fragmenté par l’action humaine, même si les échelles temporelles sont différentes. La fragmentation d'un milieu a pour effet de réduire l'habitat naturel d'une espèce et de créer une discontinuité en morcelant sa distribution en populations isolées par des distances plus ou moins grandes. Les origines sont de nature géologique (par exemple des reliefs accidentés, des sommets isolés, une éruption volcanique, un glissement de terrain), paléogéographique (c'est le cas des zones refuges, des situations d’insularité), anthropique ou encore liées à une interaction compétitive. Les espèces subissant ces événements doivent trouver une alternative évolutive car elles peuvent être vouées à l'extinction (Olivieri & Vitalis, 2001).

Quelle que soit l'origine de la fragmentation d'un milieu naturel, les conséquences pour les espèces végétales se répercutent selon un enchaînement semblable. En premier lieu, on assiste à une diminution du brassage génétique entre les populations et consécutivement à une diminution de la diversité génétique (Wolf et al., 2000). Les flux génétiques sont entravés créant une différenciation interpopulation de telle manière que la diversité génétique de l'ensemble des populations est souvent supérieure à la diversité génétique d'une population prise séparément (Rosquist & Prentice, 2000). La succession des événements dépend ensuite de la taille des populations, de la densité des individus, de leur localisation, et des caractères propres à l'espèce concernée, c'est-à-dire son mode de reproduction, le délai des générations, le pouvoir de germination, le temps de croissance, le rapport entre la période de reproduction et la période végétative. La densité, par exemple, peut agir directement sur le déroulement de la germination et de la croissance (Fisher & Matthies, 1998 ; Eisto et al., 2000). La localisation et la taille des populations influencent les interactions (pollinisation et dispersion) entre la plante et les animaux protagonistes, ce qui va modeler les dynamiques populationnelles locales (raréfaction, maintien ou accroissement du nombre d’individus) (ex. Kremen & Ricketts, 2000; Mustajärvi et al., 2001).

La dérive génétique prend de l'ampleur avec l'isolement des populations. En effet, le changement des fréquences alléliques et le risque de fixation d'un allèle est plus probable dans les petites populations. Ce phénomène s'accentue au cours des générations et les végétaux dotés d’un cycle de vie court sont les plus touchés. Cette diminution de la diversité génétique constitue un handicap à la survie de la population, celle-ci voyant diminuer son potentiel adaptatif face aux conditions environnementales.

Dans un contexte de fragmentation, les individus des petites populations isolées vont user de tous leurs atouts pour optimiser leurs chances de survie, essentiellement en modifiant leur mode de reproduction. Les plantes allogames peuvent tendre vers une fécondation autogame pour assurer leur descendance lorsque l'effectif de la population est réduit (Schoen & Lloyd, 1992), et cela a pour effet d'augmenter la dépression de consanguinité. Les plantes peuvent également opter pour une reproduction en agamospermie où la fécondation n'est pas nécessaire pour obtenir des graines viables, ou favoriser la reproduction asexuée, ou encore optimiser le temps et l'énergie des fonctions reproductives par rapport aux fonctions végétatives. Les populations peu denses sont de surcroît sujettes à l'effet d'Allee où la rencontre entre des partenaires donnant des descendants à valeur sélective avantagée devient difficile (Lamont et al., 1993). Ces populations sont désavantagées par rapport à la sélection naturelle. Cette dernière est notamment impliquée dans les interactions plante-pollinisateurs puisqu'elle agit sur les caractères phénotypiques. Les plantes profitent des mutations soumises à la sélection pour " se doter " des caractères floraux les plus attractifs et ainsi assurer leur succès reproducteur (Spaethe et al., 2001).

2. Problématique générale et cadre de l’étude

Dans le contexte énoncé précédemment, il convient de développer les recherches dans les zones de plus forte diversité en espèces et en endémiques, c’est-à-dire là où les priorités de conservation sont les plus fortes. Parmi les 10 " points chauds " de biodiversité (hotspots) identifiés sur le pourtour méditerranéen, les Alpes maritimes se caractérisent par une richesse égale à environ 3100 espèces et sous-espèces de végétaux vasculaires dont 140 endémiques, présents sur une superficie de 9500 km² (Médail & Quézel, 1997). Cette biodiversité élevée et la présence d’un endémisme élevé avec plusieurs endémiques de souche ancienne (ex. Ballota frutescens, Saxifraga florulenta, Senecio persoonii, Helianthemum lunulatum…) s’expliquent essentiellement par une topographie morcelée, avec des milieux très hétérogènes au niveau géologique et pédologique, des variations climatiques très contrastées sur de courtes distances, mais aussi par l’existence de nombreux refuges glaciaires (ex. Ozenda, 1950 ; Barbero, 1967 ; Martini, 1982a).
Les objectifs de ce travail sont d’examiner (i) comment des végétaux endémiques à aire de distribution réduite arrivent à se maintenir en petites populations isolées ? (ii) quels sont les facteurs écologiques ou biologiques limitant leurs capacités de dispersion et de colonisation ? et (iii) quelles sont les conséquences des changements environnementaux en cours (fragmentation et isolement, concurrence par la progression du couvert végétal suite à la déprise agricole) sur la pérennité des populations actuellement connues ?

Il s’agira donc principalement de comparer les facteurs écologiques et évolutifs rendant compte des conditions de maintien de deux espèces endémiques incluses dans l’annexe II de la Directive " Habitats-Faune-Flore ", Gentiana ligustica et Leucojum nicaeense, et pouvant influencer la variation des modalités de reproduction et de dispersion, et la structure génétique des différentes populations de ces deux taxons, afin de proposer un plan optimal de conservation.

3. Les modèles biologiques choisis : la gentiane de Ligurie (Gentiana ligustica) et la nivéole de Nice (Leucojum nicaeense)

La gentiane de Ligurie (Gentiana ligustica R. de Vilmorin & Chopinet) et la nivéole de Nice (Leucojum nicaeense Ardoino) sont deux espèces végétales inscrites aux annexes II et IV de la Directive Européenne " Habitats-Faune-Flore " (Bensettiti et al., 2002), à l’annexe I de la Convention de Berne et elles sont incluses dans la liste des végétaux protégés au niveau national en France (annexe I). Inscrite au " Livre rouge de la flore menacée de France ", la nivéole de Nice fait aussi partie des espèces les plus vulnérables (Alziar & Médail, 1995).

Dans l’état actuel des connaissances, la gentiane de Ligurie se rencontre en France dans le site NATURA 2000 du Mercantour (P.R. 63), et dans le site proposé du Mt Chajol-Marguareis-Bendola et la nivéole de Nice a été seulement recensée dans le site NATURA 2000 des Préalpes de Grasse (P.R. 74).

3.1. La gentiane de Ligurie

La gentiane de Ligurie est classée dans la section Ciminalis (Adans.) Dumort. qui regroupe sept espèces et une sous-espèce, toutes à fleur solitaire avec une corolle bleue campanulée largement ouverte, à tige courte et feuilles basales en rosette (Hungerer & Kadereit, 1998 ; von Hagen & Kadereit, 2000). Ce groupe comprend, entre autres, la fameuse gentiane de Koch (G. acaulis L.), symbole des pelouses alpines, Gentiana alpina Vill. et Gentiana clusii Perrier & Songeon. D'après les études phylogénétiques, la spéciation des espèces de la section Ciminalis aurait eu lieu à partir des Balkans (Dalmatie), car l’espèce ancestrale supposée est proche de Gentiana dinarica Beck. selon Hungerer et Kadereit (1998) ; en effet, cette dernière n’a guère été affectée par les glaciations du Quaternaire et elle possède des caractères génétiques et morphologiques primitifs qui la distinguent des autres espèces. La progression paléobiogéographique aurait eu lieu assez récemment, au Quaternaire, grâce à des événements multiples de fragmentation et de vicariance, et se serait faite d'est en ouest jusqu'aux Pyrénées où se situe Gentiana occidentalis Jakow, atteignant même la Sierra Nevada puisqu’il existe des populations isolées de G. alpina.

Décrite seulement en 1954 des environs de Sospel (Vilmorin & Chopinet, 1954, 1955), la gentiane de Ligurie, Gentiana ligustica (R. de Vilmorin & Chopinet), est une plante diploïde (2n=36), vivace à souche stolonifère ; la fleur d'un bleu profond est ponctuée à l'intérieur par des taches vert olive foncé. La gentiane de Ligurie se distingue des autres gentianes de la même section principalement par les dents du calice qui sont aussi longues que larges et par des graines non ailées (von Hagen & Kadereit, 2000). Les études moléculaires réalisées (Hungerer & Kadereit,. 1998 ; Cailliau, inéd.) montrent que Gentiana ligustica constitue un taxon bien différencié sur le plan génétique. La gentiane de Ligurie est un exemple représentatif d'espèce endémique vivant en petites populations diffuses dans une aire de distribution relativement limitée des Alpes maritimes et ligures. Mais cette gentiane calcicole possède une grande plasticité écologique et peut être relativement commune dans certains secteurs. La diversité des biotopes qu'elle occupe est assez surprenante en regard de son statut d’endémique et des recherches d'écologie et de génétique des populations peuvent aider à mieux comprendre sa situation actuelle et à proposer des orientations de gestion.

En dépit de son grand intérêt patrimonial, G. ligustica n’a pas fait l’objet d’études écologiques et génétiques spécifiques, hormis le récent travail de Cailliau (2002). Cette étude préliminaire menée dans le cadre d'un travail de diplôme (équivalent au DEA) en collaboration avec l'Institut de Botanique de l'Université de Neuchâtel (P. Küpfer) nous a permis d'obtenir les premiers éléments concernant la biologie de reproduction de cette espèce, et l'histoire probable de ses populations, interprétée sur la base de marqueurs génétiques. Néanmoins, ce travail de diplôme a soulevé plusieurs questions sur la dynamique et la structure des populations de G. ligustica. Pouvoir répondre à ces questions permettrait d'envisager des mesures de conservations concrètes notamment pour les populations les plus fragiles.

3.2. La nivéole de Nice et la nivéole de Fabre

Le genre Leucojum comporte une douzaine de taxa d’Europe et de Méditerranée, répartis dans deux sous-genres. Le sous-genre Ruminia (Parl.) Baker regroupe quatre taxons : Leucojum nicaeense Ardoino (endémique des Alpes maritimes), L. fabrei Quézel & Girerd (endémique du Vaucluse), L. valentinum Pau (endémique de la région de Valence, en Espagne), L. autumnale L. (présent en Grèce sur les îles ioniennes et dans les Sterea Ellas). Selon Contandriopoulos (1962), ce genre est " d’origine méditerranéenne, qui autrefois a dû être beaucoup plus répandu et qui, à la suite des bouleversements subis par la région méditerranéenne, a été en partie détruit ". La taxonomie du sous-genre Ruminia est confuse et l’identité taxonomique de certains membres de ce genre (L. fabrei, L. valentinum vs. L. autumnale) mérite des éclaircissements.

La nivéole de Nice est une petite plante herbacée à bulbe (géophyte) qui présente une aire de répartition très restreinte : pendant des décennies, les populations les plus occidentales connues ont été celles du Baou de St Jeannet (Poirion & Salanon, 1976) où au moins 13 populations ont été récemment inventoriées (Anonyme, 2001), mais la nivéole de Nice a été découverte il y a quelques années un peu plus au nord-ouest, au col de Vence (Salanon, comm. oral.). L’espèce atteint sa limite orientale en Italie sur la Riviera ligure (valle del Rio San Luigi), aux confins de la frontière italo-française (Cresta & Martini, 1988). La majorité des populations se situe à proximité du littoral entre l’est de Nice et la frontière, mais un bilan actuel de l’ensemble des stations reste à entreprendre afin de compléter le recensement effectué par L. Noll en 1995 qui avait dénombré 17 localités pouvant chacune comporter plusieurs populations. L’espèce est présente entre 0 et 1000 m d’altitude, aux étages thermo- et méso-méditerranéens. D’après le Cahier d’Habitats " Flore " (Bensettiti et al., 2002), l’effectif global de l’espèce serait inférieur à 2000 pieds.

Très proche sur le plan morphologique de Leucojum nicaeense, la nivéole de Fabre (Leucojum fabrei) est un taxon découvert en 1880 par J.H. Fabre (Bonnet, 1862), mais décrit formellement comme une nouvelle espèce en 1990 seulement (Quézel & Girerd, 1990 ; Girerd, 1991). Cette nivéole est uniquement localisée sur les monts de Vaucluse, sur le flanc sud du mont Ventoux où trois localités sont connues qui totalisait en 1997 1724 individus dont 9% en fleurs (Denimal, 1997). D’après plusieurs botanistes (J.M. Tison et H. Michaud, comm. pers.) il pourrait en fait s’agir d’un taxon identique à Leucojum nicaeense. Si tel était le cas, au moins une population de ce taxon serait intégrée au réseau NATURA 2000 puisque la station de Méthamis se situe sur le site des " Gorges de la Nesque " (FR9302003). Ces données justifient une étude comparative précise (morphologique, caryologique et génétique) entre la nivéole de Fabre et la nivéole de Nice.

L'étude des paramètres écologiques et génétiques clés chez les Leucojum permettront de proposer des techniques de conservation durable de leurs populations.

4. Détails du projet de recherche

4.1. Objectifs généraux

Ce projet de recherche consistera à développer trois volets principaux : (i) Systématique phylogénétique / Phylogéographie des taxons, (ii) Dynamique et structure des populations et (iii) Eléments de gestion pour une conservation durable des populations.

Chacun de ces trois volets repose sur des questions précises :

(i) Quelles sont les relations phylogénétiques et systèmatiques avec les taxons apparentés ? Quelles sont les influences de l’histoire (épisodes glaciaires, ancienneté des populations) dans leur distribution géographique actuelle ?

(ii) Quelles sont les influences des caractéristiques du milieu, de la taille des populations et de leur isolement dans l'évolution de la diversité génétique, sa structure populationnelle et du succès reproducteur des individus ? Pourquoi ces végétaux présents dans des milieux écologiques " communs " ont-ils une aire de répartition réduite ?

(iii) Quelles peuvent être les alternatives de gestion des populations face aux changements environnementaux en cours (baisse des pressions de pâturage, progression de végétaux expansionnistes, fragmentation et isolement des populations) ?

4.2. Détails des expériences

* Systématique phylogénétique / Phylogéographie

Quelle est la position taxonomique et systématique de Leucojum fabrei par rapport à L. nicaeense et quelles sont les origines phylogénétiques de ces deux taxons ?

Existe-t-il un lien phylogénétique fort entre Gentiana ligustica et G. acaulis, vicariant écologique ?

è Etude de la variation morphométrique d'une dizaine de traits végétatifs et reproducteurs et du polymorphisme moléculaire en comparaison avec toutes les populations de L. fabrei, de la majeure partie de celles de L. nicaeense et d'autres taxons proches tels que L. valentinum et L. autumnale.

è Etude caryologique des deux taxons de nivéole.

è Comparaison morphologique et génétique entre Gentiana ligustica et G. acaulis.

Quelle est l'histoire évolutive des populations actuellement existantes de Leucojum nicaeense, L. fabrei et Gentiana ligustica ?

è Bilan historique (données anciennes de la littérature et échantillons d’herbiers) et cartographie des populations existantes

è Etude du polymorphisme moléculaire de la quasi-totalité des populations
* Structure des populations

La réduction, parfois extrême, de la taille des populations de basse altitude peut avoir des répercutions importantes sur la dynamique et la structure des populations.

Quels sont les effets de la taille des populations, de leur isolement et de leur altitude sur la dynamique et la structure de ces populations chez les deux modèles biologiques Leucojum et Gentiana ? La rareté de certains de ces taxons s’explique-t-elle par des difficultés de dissémination (flux biologiques comme la pollinisation et la dispersion de graines réduits) et de colonisation ?

è Etude des modalités de reproduction / succès reproducteur

- Au travers de la majorité des populations existantes :

Détermination de la guilde des agents pollinisateurs - Taux de visite des fleurs

Quantification de l’évolution du taux d’autofécondation basé sur le polymorphisme allozymique

- Au sein de deux populations en situation contrastée :

Etude des capacités pour l'autogamie spontanée (fleurs ensachées) en comparaison avec la libre pollinisation (fleurs non ensachées) sur une quinzaine d’individus différents

Quantification de la distance de dispersion du pollen en extrapolant la dispersion de poudres fluorescentes visualisées la nuit avec une lampe UV

è Etude des modalités de dispersion des graines

- Au sein de deux populations en situation contrastée

Quantification des distances de dispersion des graines en utilisant des plaques (30 x 40 cm) engluées

Chez Gentiana ligustica, étude de l’endozoochorie au travers de l’analyse des fécès de bovins et d’ovins

è Etude des paramètres génétiques basés sur le polymorphisme moléculaire

- Au travers de la majorité des populations existantes :

Quantification des niveaux de diversité génétique

Etude de la structuration génétique au sein et entre les populations

- Au sein de deux populations en situation contrastée :

Analyse de la structuration clonale

è Mise en place d’un suivi à moyen terme des paramètres démographiques

sur un lot représentatif de populations, mise en place d’un suivi de paramètres démographiques simples à destination des gestionnaires.
* Gestion des populations

Avant de mettre en place des opérations de gestion conservatoire, il convient au préalable de quantifier de façon correcte les impacts des diverses perturbations identifiées. Une évaluation des menaces actuelles et de la vulnérabilité des différentes populations sera dressée.

Quels sont les impacts de la fermeture des milieux par les ligneux ou des herbacées compétitrices (ex. Brachypodium retusum en ce qui concerne la nivéole et Festuca spadicea pour la gentiane) et de l'herbivorie/pâturage sur le maintien des populations des deux modèles biologiques ?

è Suivis floristiques et démographiques dans diverses populations choisies en fonction de leur taille et de leur situation géographique, par estimations : (i) du nombre d’individus adultes et juvéniles, (ii) des paramètres morphologiques (hauteur de la plante, nombre de feuilles, hauteur de la tige florale), (iii) des paramètres reproducteurs (nombre de fleurs produites, taille des fleurs, nombre de graines produites), (iv) de la richesse et la composition floristiques grâce à des relevés exhaustifs (avec l’évaluation fine de la fréquence des espèces et du nombre d’individus des espèces rares étudiées.)

è En examinant l’évolution de la richesse et de la composition floristique des communautés végétales, cette expérimentation permettra aussi de mieux cerner les avantages (maintien de la diversité végétale de la communauté, limitation des phénomènes de compétition) ou les inconvénients (baisse de la valeur sélective des individus, augmentation des végétaux rudéraux) potentiellement induits par les pressions environnementales.

Chaque dispositif expérimental comportera un lot de placettes d’expérimentation et un lot de placettes de référence (" témoins ").

- Pour Gentiana ligustica :

La priorité est (i) d’analyser l’impact de divers types de pâturage sur la valeur sélective (fitness) et la survie des individus de Gentiana ligustica, et (ii) de déterminer les charges pastorales compatibles avec le maintien de l’espèce, en comparant les situations pâturées versus non pâturées. Cela nécessite de mettre en place un jeu d’exclos dans diverses situations géographiques et dans des zones soumises soit à un pâturage ovin, soit un pâturage bovin.
- Pour Leucojum nicaeense et L. fabrei

Les conséquences de l’ouverture du milieu seront " mimées " en réalisant des coupes manuelles des herbacées ou ligneux qui empêchent potentiellement les individus de nivéole de s’installer ou de s’exprimer (bulbe à l’état quiescent). Sur des placettes de petite taille, une expérimentation comportera une simple coupe du matériel végétal laissé en place, l’autre expérimentation consistera en une coupe suivie de l’exportation des végétaux pour évaluation de la biomasse au laboratoire.

4.3. Valorisation de la recherche et collaborations scientifiques envisagées

Outre les aspects scientifiques théoriques ou appliqués qui feront l’objet d’articles dans des revues internationales et nationales et de présentation à divers colloques et réunions, les aspects concernant la gestion seront exploités à travers un guide de gestion destiné au opérateurs des sites NATURA 2000 et aux autres gestionnaires des espaces naturels concernés (ONF, réserve MAB, Conservatoire du Littoral, collectivités territoriales…).

Pour ce faire, une concertation scientifique se fera avec d’autres équipes travaillant sur la conservation d’espèces végétales rares : le Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE-CNRS, Montpellier : M. Debussche, J. Thompson) et l’Université de Grenoble (I. Till-Botreau). Le lien scientifique avec l’équipe du CEFE se fera grâce à un programme commun proposé dans le cadre de la zone-atelier " Arrière-pays méditerranéens " (CNRS). Des liens initiés lors de l’étude préliminaire sur Gentiana ligustica seront poursuivis avec le laboratoire de botanique de l’Université de Neuchâtel (P. Küpfer). Comme pour l’étude déjà initiée sur Gentiana ligustica, nous pourrons bénéficier des grandes connaissances chorologiques et écologiques de Robert Salanon (Université de Nice, E.R.) et Marcel Barbero (IMEP) spécialistes de la flore des Alpes maritimes.

Les personnels des Conservatoires Botaniques Nationaux pourront être également impliqués au sujet (i) des aspects chorologiques, (ii) des techniques de germination, (iii) de la mise au point ou de l’amélioration - si nécessaire - des protocoles de conservation ex-situ, et (iv) des suivis démographiques à long terme (selon un protocole à définir) de l’ensemble des populations de Leucojum fabrei et de quelques populations de Leucojum nicaeense et de Gentiana ligustica. Si les résultats des études scientifiques entreprises en démontrent la nécessité, le Conservatoire Botanique National de Porquerolles se chargera du développement des opérations de renforcement de populations (en particulier de Leucojum fabrei, voire de Leucojum nicaeense) puisque cet organisme possède une forte expérience dans ce domaine en région méditerranéenne.

5. Calendrier des expérimentations prévues

* Année 2003

- Bilan et Cartographie des populations existantes de Leucojum nicaeense

- Etude systématique (variation morphométrique)

- Etude des modalités de reproduction (pollinisations contrôlées - agents pollinisateurs - vol de nectar - distance de dispersion des grains de pollen)

- Prélèvements des feuilles et des graines pour les analyses génétiques

- Etude écologique (prélèvements des sols - relevés floristiques)

- Mise en place des expérimentations de gestion + 1^er bilan floristique + 1^er suivi démographique

* Année 2004

- Analyses génétiques (systématique - phylogéographie - structuration clonale - diversité génétique - taux d'autofécondation) ; caryologie

- Etude des modalités de dispersion des graines (endozoochorie - distance de dispersion des graines)

- 2^eme suivi démographique des expérimentations de gestion

* Année 2005

- Etude finale des analyses génétiques (systématique - phylogéographie - structuration clonale - diversité génétique - taux d'autofécondation)

- 2^eme bilan floristique et 3^eme suivi démographique des expérimentations de gestion

- Rédaction du rapport de thèse

6. Publications récentes de l’équipe sur la thématique proposée

Affre L. & Thompson J.D. 1998. Floral trait variation in four Cyclamen (Primulaceae). Plant Systematic and Evolution, 212 : 279-293.

Affre L. & Thompson J.D. 1999. Variation in self-fertility, inbreeding depression and levels of inbreeding in four Cyclamen species. Journal of Evolutionary Biology, 12 : 113-122.

Affre, L., Thompson, J.D., Debussche, M., 1997. Genetic structure of continental and island populations of the Mediterranean endemic Cyclamen balearicum (Primulaceae). American Journal of Botany, 84 : 437-451.

Médail F. & Verlaque R. 1997. Ecological characteristics and rarity of endemic plants from southeast France and Corsica: implications for biodiversity conservation. Biological Conservation, 80 : 269-281.

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