Thèse Couplage Élémentaire et Énergétique des Consommateurs et des Ressources pour Mieux Prédire l'Interaction Détritivore-Litière et son Effet sur la Décomposition H/F

Institut National Polytechnique de Toulouse

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CRBE - Centre de Recherche sur la Biodiversité et l'Environnement
Direction de la thèse : Benjamin PEY ORCID 0000000341388542
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

La décomposition de la matière organique dans les écosystèmes, c'est-à-dire sa transformation qui aboutit à sa minéralisation et à la production de dioxyde de carbone et de nutriments, est la deuxième fonction écosystémique la plus importante pour le maintien de la vie sur Terre (Gessner et al., 2010). Elle peut être divisée en trois processus concomitants : les transformations physico-chimiques, microbiennes et animales. La plupart des transformations animales sont réalisées par une très grande diversité d'invertébrés, appelés détritivores. Dans les sols, la présence des détritivores augmente la décomposition de 50% en moyenne, surtout les détritivores de grand taille (macrodétritivores : e.g. vers de terre, isopodes). Toutefois, leur contribution peut-être très variable et demeure mal comprise (García-Palacios et al., 2021). En effet, face à la complexité inhérente des réseaux trophiques des sols (Wolkovich, 2016), un paradigme majeur un peu simplificateur prétend que les détritivores sont des consommateurs généralistes, préférant consommer des litières facilement accessibles, molles, hautement colonisées par des microorganismes et de haute qualité nutritionnelle (Gessner et al., 2010). Les recherches passées ont donc étudié majoritairement l'interaction détritivore-litière par le prisme des contraintes nutritionnelles et digestives uniquement, en ne mesurant souvent que des caractéristiques de la litière.
Récemment, un cadre conceptuel de l'interaction par paire détritivore-litière a été construit par une approche de concordance de traits (Marchand et al., 2024b). Un trait fonctionnel est une caractéristique mesurable d'un organisme à l'échelle individuelle, qui a un lien clair avec sa fitness et/ou un effet sur un autre organisme et/ou l'environnement (Joimel et al., 2024). Ce cadre est en rupture avec le paradigme précédent puisqu'il fait l'hypothèse que la consommation d'une litière par un détritivore est gouvernée par cinq facettes d'interactions, distinctes mais complémentaires (spatiale, biomécanique, digestive, élémentaire et énergétique), régies par des traits fonctionnels du détritivore, de la litière et leur éventuelle concordance.
Une partie de ce cadre a été mis à l'épreuve de travaux expérimentaux. Il a été ainsi démontré l'importance des facettes mécanique et élémentaire, et l'importance de mesurer des traits des détritivores et des litières (Marchand et al., 2024a, 2024c). Hors de ce nouveau cadre conceptuel, il a par ailleurs été démontré que les contraintes énergétiques semblent expliquer une part importante de l'interaction détritivore-litière (Shokri et al., 2024). De plus, leurs couplages avec les contraintes élémentaires ont grandement amélioré les prédictions de l'interaction détritivore-litière (Ott et al., 2012; Ruiz et al., 2021). Toutefois, ces deux facettes ont été prises en compte de manière limitée dans la littérature, en ne considérant pas simultanément des traits des détritivores et des traits de la litière. Dans le cadre de l'interaction détritivore-litière, il semblerait donc pertinent de considérer de manière simultanée les facettes élémentaire et énergétique par une approche de concordance des traits. Un autre argument majeur pour justifier cette approche conjointe est le fait que les contraintes énergétiques sont dépendantes de la température (Brown et al., 2016). Dans un contexte de changement climatique, la hausse des températures pourrait complétement modifier ces règles d'interactions (Ott et al., 2012).
Le présent sujet de thèse aura pour objectif majeur d'établir les règles mécanistiques d'interaction entre un détritivore et une litière, relatives aux contraintes élémentaires et énergétiques, en mobilisant une approche par concordance de traits. Ces résultats contribueront à améliorer la compréhension et la prédiction des interactions détritivores-litières, et indirectement de la décomposition de la matière organique et sa prise en compte dans les modèles biogéochimiques.

Le poste sera basé au Centre de Recherche sur la Biodiversité et l'Environnement (CRBE, Campus AgroToulouse, Toulouse, France), avec des visites prolongées à l'Institut Méditerranéen de Biodiversité et d'Ecologie marine et continentale (IMBE, Campus Saint Jérôme, Marseille, France). L'équipe encadrante est spécialisée dans la compréhension du rôle des organismes dans la dynamique de la matière organique au sein des sols. Le projet de thèse s'appuiera sur un socle de connaissance nécessaire et robuste issu des résultats d'une thèse récemment soutenue (Théo Marchand, thèse SDU2E 2020-2023, directeur : B. Pey) et d'un projet EC2CO récemment fini (projet Elementary, 2022-23, PI : B.Pey). Ce socle de connaissance déjà acquis ouvre la porte à cette thèse qui ambitionne de répondre à des questions complexes encore non résolues concernant l'interaction détritivore-litière.

Les objectifs spécifiques seront :
Objectif I - d'établir les règles fondamentales de l'interaction détritivore-litière, en situation de réseau bipartite (un seul détritivore et une seule litière) relatives aux contraintes élémentaires et énergétiques, et d'évaluer les mécanismes de compromis entre ces deux facettes. Par exemple, il a été démontré que certains détritivores pouvaient compenser le faible apport d'éléments (et peut-être le faible apport énergétique) d'une ressource de faible qualité élémentaire en la surconsommant (Hättenschwiler and Bretscher, 2001)
Objectif II - d'évaluer la pertinence de ces règles élémentaires et énergétiques à prédire la consommation des litières et leur effet sur la décomposition dans des réseaux plus complexes (ex : plusieurs détritivores associés à plusieurs litières) pour lesquelles des mécanismes ascendants ou descendants peuvent venir modifier les interactions (ex : compétition, facilitation) (Marchand et al., 2024b)
Objectif III - d'évaluer l'effet d'un changement de température sur ces règles, en situation de réseaux bipartite et complexe, pour évaluer les éventuelles modulations de ces interactions dans le contexte du dérèglement climatique.

Le doctorant aura à mener des expérimentations en laboratoire et sur le terrain sur différents sites forestiers français. Il bénéficiera de l'environnement scientifique et technique des deux laboratoires pour mettre en place ses expérimentations (e.g. collaborations nationales et internationales, aide technique, infrastructures expérimentales). Notamment, il bénéficiera de l'accès aux plateformes analytiques (PAPC, FBil au CRBE, MSN à l'IMBE, Biochem env à ECOSYS) et aux laboratoires de (géo)chimie de l'Observatoire Midi-Pyrénées (Toulouse, France) qui lui permettront d'acquérir les données élémentaires (ICP-OES, ETV-ICP-OES, TOC) et énergétiques (analyses biochimiques) nécessaires au projet de thèse.