Les éléments transposables (ET) sont des constituants majeurs des génomes eucaryotes. Leur mobilisation joue un rôle important dans l'évolution et l'adaptation des organismes. Cependant, la transposition des ET peut conduire à des dommages irréversibles du génome et elle doit donc être étroitement contrôlé. Chez Drosophila melanogaster, la transposition des ET est contrôlée par les siRNA (small interfering RNAs) et les piRNA (Piwi-interacting RNAs) qui agissent en réprimant des cibles ARN de séquences complémentaires. Les siRNA et piRNA ont des modes distincts de biogenèse, de reconnaissance de cibles et d'activité repressive. Les piRNAs sont seulement présents en abondance dans les gonades, et transmis maternellement aux embryons. Par une approche de séquençage à haut débit, j'ai pu montrer que bien qu'ils induisent une répression transcriptionnelle des ET à ce stade du développement, ils sont pratiquement absents des têtes de drosophiles adultes. Cet état est cependant hérité et il est suffisant pour limiter l'expression des ET dans l'adulte, même en l'absence de siRNA. A l'inverse, si la répression transcriptionnelle précoce n'est pas établie, les siRNA agissent comme un système de sauvegarde en limitant l'expression des ET. En cas de perte conjointe des piRNA et siRNA, l'expression des ET augmente significativement et la durée de vie des mouches adultes se trouve réduite. Les analyses de sequences à grande échelle m'ont par ailleurs conduit à développer des outils logiciels intégrés dans Galaxy et à m'impliquer significativement dans la communauté qui développe ce système au niveau international. / Transposable elements are major components of eukaryotic genomes and have been proposed as important drivers of gene network evolution, as they can move or “transpose” in their host genome, creating gene duplications, gene inactivations or altogether altering gene function. Nevertheless, uncontrolled high-rate transposition leads to DNA damage and genomic instabilities, and therefore needs to be kept at a low level. In the fruitfly Drosophila melanogaster, transposition is counteracted by multiple mechanisms, amongst which the generation of small interfering RNAs (siRNAs) and Piwi-interacting RNAs (piRNAs). siRNAs and piRNAs belong to the category of small RNAs, and these are involved in negative regulation of complementary target RNAs abundance, but siRNAs and piRNAs have distinct mechanisms of biogenesis, target recognition and mechanisms of target regulation. Notably, piRNAs are only abundant in gonads and are transmitted to the embryo. By sequencing small RNAs and normal transcripts in adult heads, I conclude that, while piRNAs are likely absent in adult heads, they induce a repressive state on TEs. If this repressive state is lost, the siRNA pathway can compensate and limit Transposable element levels. If siRNAs are lost, the repressive state induced by piRNAs suffices to limit Transposable element levels. If both piRNAs and siRNAs are lost, the expression level of Transposable elements increases, and flies have a shorter life span. The requirement to analyse large-scale sequencing data led to the development of multiple tools for the reproducible research platform Galaxy.

Le milieu océanique est sujet à de nombreuses sources de fluctuations. Les plus importantes sont les ondes internes, très fréquentes et entrainant des fluctuations de la distribution spatiale du champ de célérité du son. En raison de la longue période de ces phénomènes comparée au temps de propagation des ondes acoustiques pour des applications sonar, le processus peut être considéré figé dans le temps pour chaque réalisation stochastique du milieu. Le développement de bancs d’essais permettant de reproduire les effets de la turbulence atmosphérique a permis des avancées considérables dans le domaine de l’optique adaptative. Nous voyons donc un fort intérêt dans la possibilité de reproduire les effets des ondes internes sur la propagation du son en environnement contrôlé. Un protocole expérimental dans une cuve d’eau est proposé: une onde ultrasonore est transmise à travers une lentille acoustique aléatoirement rugueuse, ce qui produit des distorsions du front d’onde reçu. Les fluctuations des signaux reçus sont contrôlées en modifiant les paramètres statistiques de rugosité de la lentille. Ces paramètres sont reliés à l’analyse dimensionnelle permettant de classifier les configurations étudiées selon des régimes de fluctuations et de prédire les moments statistiques du champ acoustique jusqu’à l’ordre quatre. Une excellente correspondance est observée entre notre protocole expérimental et des résultats théoriques et numériques.La dégradation des performances des techniques de détection classiques appliquées à nos données expérimentales souligne le besoin de techniques correctives. Un état de l’art des techniques existantes dans divers domaines est proposé. / The ocean medium is subject to many sources of fluctuations. The most critical ones were found to be internal waves, occurring frequently and inducing fluctuations of the spatial distribution of the sound speed field. Because of the fairly long period of this phenomenon as compared to the propagation time of acoustic waves for sonar applications, the process can be considered frozen in time for each stochastic realization of the medium. The development of testbenches allowing to reproduce the effect of atmospheric turbulence on optic waves propagation under laboratory conditions lead to considerable advancements in the field of adaptive optics. We therefore see a vivid interest in being able to reproduce the effects of internal waves on sound propagation in controlled environments. An experimental protocol in a water tank is proposed: an ultrasonic wave is transmitted through a randomly rough acoustic lens, producing distortions of the received wavefront. The induced signal fluctuations are controlled by tuning the statistical parameters of the roughness of the lens. Especially, they are linked to dimensional parameters allowing to classify the configurations into regimes of fluctuations and to predict the statistical moment of the acoustic pressure up to the fourth order. A remarkable relevance of our experimental scheme is found when compared to theoretical and simulation results. The degradation of classical signal processing techniques when applied to our acquired data highlights the need for corrective detection techniques. A review of the existing techniques in other domains is proposed.

Ce projet de recherche s'inscrit dans une démarche d'éco-conception de matériaux architecturés à fort potentiel acoustique. On s'intéresse en particulier dans ce travail de thèse à la description des phénomènes de dissipation et de propagation des ondes acoustiques dans un milieu fibreux par une approche multi-échelle et multi-physique. Dans cette étude, il s'agit de décrire les propriétés acoustiques du milieu fibreux à partir d'une description de la géométrie à l'échelle locale de milieux fibreux. Le milieu fibreux est constitué de fibres d'asclépiades, qui sont typiquement des fibres végétales adoptant la forme de longs cylindres. Pour traiter ce problème, la méthodologie employée consiste en quatre étapes principales : (i) caractérisation et modélisation de la géométrie du milieu fibreux; (ii) calcul des paramètres de transport et acoustiques du milieu fibreux reconstruit; (iii) validation expérimentale de propriétés de transport et acoustiques; (iv) évaluation des évolutions de propriétés de transport en fonction des paramètres de la géométrie à l'échelle locale de matériau. En particulier, un modèle isotrope spatialement stationnaire de lignes droites (processus de Poisson) et le tenseur d'orientation angulaire correspondant, constituent des outils de modélisation de la géométrie aléatoire du milieu fibreux permettant de représenter les principales caractéristiques susceptibles d'influencer ses propriétés de transport. Il s'agit ensuite de résoudre les principaux problèmes aux limites gouvernant le comportement acoustique à l'échelle supérieure en appliquant une technique classique d’homogénéisation numérique. On montre dans un premier temps que la méthode développée permet de prédire le comportement en absorption d'un milieu fibreux aléatoire en se basant uniquement sur la description des caractéristiques géométriques du matériau fibreux réel (porosité, rayon de fibres, distributions des orientations angulaires) sans coefficient d'ajustement, validations expérimentales à l'appui. Sur la base de ce travail de reconstruction tridimensionnel, on étudie ensuite systématiquement l'ensemble des phénomènes de transport d'intérêt sur une large gamme de porosité et d'orientations angulaires, de manière à produire des lois qui peuvent être appliquées par la suite par d'autres utilisateurs sur une large gamme de milieux fibreux réels. Finalement, on examine plus particulièrement l'hypothèse classique selon laquelle un milieu fibreux peut être décrit à partir de la moyenne arithmétique du diamètre de ses fibres, afin de cerner les limites de cette approche et ses conditions d'applicabilité lorsque le milieu fibreux présente une distribution étendue de diamètres de fibres ou bimodale / This research project was inscribed in an eco-conception approach for architected materials with high acoustic potential. In this research project, we are interested particularly in the description of dissipation and propagation phenomena of sound waves in a fibrous medium by using multi-scale and multi-physics approaches. In this work, we determine the transport and acoustic properties of fiber media based on the description of geometry at their local scale. The fiber media consist of asclepias fibers which are typically vegetable fibers adopting a long hollow cylinder. To solve this problem, the methodology consists of 4 principle steps below: (i) Characterize and model the geometry of fiber medium; (ii) Calculate the transport parameters and acoustic properties of reconstructed fiber medium; (iii) Validate the results of the transport and acoustic properties by comparing with experimental measurements; (iv) Evaluate the evolution of transport parameters as function of geometrical parameters at the local scale. For the geometrical reconstruction, isotropic model of straight lines (Poisson processes) and angular orientation tensor were used. They allow representing of principle characteristics influencing the transport and acoustic properties of material at macroscopic scale. The resolutions of principal problems governing the acoustic behavior at the macroscopic scale were then performed by using the numerical homogenization method. We firstly demonstrate that the developed method allows predicting of absorption behavior of a random fiber medium based on only their geometrical characteristic description (porosity, fibers radius, angular orientation distribution) without adjustment coefficient, and the validated by experimental measurements. Secondly, based on the reconstruction method, one can systematically study the whole transport phenomena on a wide range of porosity and angular orientation in order to provide the laws which can be applied by other user on a wide range of real fiber media. Finally, we verify more particular the hypothesis that a fibrous material can be described by a mean diameter value of their fibers, this work allows identifying the limit of this approach and their application conditions when a fiber medium is constituted of a large distribution of fiber diameters or bimodal

Ce mémoire s'intéresse aux propriétés de transfert, de résistance et de plasticité de roches argileuses. Deux enjeux industriels directs sont la détermination du potentiel de production de gaz naturel des roches mères et de la capacité de rétention des roches de couvertures utilisées pour les stockages de gaz ou de déchets en milieu souterrain. Dans un premier temps, la perméabilité est décrite comme résultant de l'homogénéisation de l'écoulement d'un fluide visqueux dans le réseau poreux. Un cadre variationnel analogue à celui de Hashin et Shtrikman en élasticité est établi et mis à profit pour proposer une méthode numérique basée sur la Transformée de Fourier Rapide (FFT) pour le calcul efficace de bornes sur la perméabilité à partir de représentations tridimensionnelles voxelisées de milieux poreux. Par ailleurs, des techniques d'homogénéisation analytiques basées sur la définition de cellules perméables équivalentes sont proposées pour fournir des briques élémentaires pour la modélisation micro-mécanique de la perméabilité.Le phénomène de glissement du gaz aux parois est considéré pour rendre compte quantitativement d'effets du type Klinkenberg sur la perméabilité au gaz. L'effet d'une saturation partielle du réseau poreux sur la perméabilité et la pression de percée sont étudiés dans le cas de morphologies particulières des pores. En parallèle, une campagne expérimentale est conduite sur différentes roches argileuses issues de forages pour caractériser leur porosité et leur perméabilité sous diverses conditions de confinement mécanique et desaturation partielle en eau. Dans un second temps, les capacités de résistance sont étudiées sous hypothèse de rupture ductile. Une méthode numérique efficace basée sur la FFT est proposée pour encadrer par l'extérieur le domaine de résistance de milieux hétérogènes à géométrie complexe. D'autre part, une modélisation analytique à trois échelles de la résistance d'un matériau granulaire renforcé par inclusions rigides avec interfaces imparfaites est présentée. Enfin, une relecture élasto-plastique de ce modèle de résistance a abouti à un modèle purement micro-mécanique, dont l'interprétation macroscopique est analogue au modèle Cam-clay, avec écrouissage par changement de porosité et ligne d'états critiques / This thesis is focused on the strength, plasticity and transport properties of mudrocks. Two industrial applications are the shale gas production and the underground gas or waste storage. In a first part, the permeability is described as resulting from the homogenisation of the flow of a Newtonian fluid within the pore space. A Hashin-Shtrikman like framework is derived for the permeability upscaling and used to propose a FFT-based numerical method for the efficient computation of bounds on the permeability, directly compatible with a voxelised representation of the pore space. As an alternative, analytic homogenisation techniques based on the definition of equivalent permeable cells are developed to provide building blocks for the micro-mechanical modelling of permeability. The gas slip at pore walls is accounted for to model Klinkenberg effects for gas permeability. Partial water saturation is also considered to model relative gas permeability and gas breakthrough pressure. In the mean time, a thorough experimental investigation of the evolution of porosity and permeability with confining pressure and partial water saturation has been carried out on several types of mudrocks. In a second part, the ductile strength properties is studied. An efficient FFT-based numerical method is proposed to compute the homogenised strength domain of heterogeneous media with complex micro-structures. Next, a three-scale analytic model of the strength of a granular media reinforced by rigid inclusions with imperfect interfaces is presented. In a third part, this strength model is re-interpreted in plasticity to propose a purely micro-mechanical model, whose macroscopic interpretation is similar to the Cam-clay model, including hardening or softening due to an evolving porosity and a critical state line

Lors de l'élaboration de pièces métalliques de grandes dimensions, la présence interne de pores est habituellement observée. Ces défauts internes sont généralement refermés lors des premières passes de transformation à chaud. Il y a cependant à l‘heure actuelle un manque de connaissance sur les mécanismes mis en jeu lors de cette refermeture, et par conséquent aucune prédiction précise possible et un taux de rebut assez important. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à mieux comprendre les mécanismes de refermeture en identifiant les paramètres procédés, matériaux et morphologiques clés lors de la refermeture. Ce travail s'est déroulé dans le cadre d'un consortium industriel impliquant six partenaires. La problématique industrielle est donc particulièrement variée en termes de matériaux, de procédés et d'états initiaux de pores.Une étude approfondie des modèles existants dans la littérature est d'abord présentée. Les deux familles d'approches utilisées sont discutées : l'approche explicite en champ complet, et l'approche micro-analytique. Il est montré que ces deux approches ne sont pas suffisantes pour établir un modèle de prédiction dont la précision réponde aux enjeux industriels.Une nouvelle approche est donc proposée dans cette thèse à l'échelle mésoscopique. Les mécanismes de refermeture sont étudiés à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif (VER), permettant une description 3D particulièrement précise des mécanismes locaux, tout en appliquant des conditions aux limites représentatives des états mécaniques mis en jeu à l'échelle macroscopique.Les mécanismes locaux ont été étudiés au moyen d'une vaste campagne de simulations éléments-finis 3D à l'échelle d'un VER. Les paramètres étudiés sont : les paramètres matériaux, la morphologie du pore, et le chargement thermomécanique subit durant la déformation. L'étude a montré que la morphologie et l'état de contraintes sont de premier ordre sur le comportement en refermeture, et que les paramètres matériaux sont de second ordre. Les influences des paramètres de premier ordre ont ensuite été quantifiées afin de proposer un modèle de prédiction de refermeture robuste. La morphologie du pore est exprimée par le biais de ses dimensions équivalentes (rapports d'élongations tridimensionnels) et de son orientation par rapport à la direction principale de déformation. L'état de contraintes est exprimé par le taux de triaxialité des contraintes.Le modèle a finalement été implémenté dans un code éléments finis de mise en forme et une validation sur cas industriels est présentée afin d'évaluer les bénéfices obtenus par ce nouveau modèle par rapport aux modèles de la littérature. Une validation expérimentale a également été menée par le biais d'essais d'écrasements d'échantillons poreux dont l'état de porosité a été mesuré par micro-tomographie aux rayons X avant et après les essais. / During production of large metal workpieces, an internal presence of voids is usually observed. Such internal defaults are generally closed up during the first passes of hot forming processes. Yet, there is at present a lack of knowledge regarding void closure mechanisms and there is no reliable model that can accurately predict void closure. The amount of non-deliverable products is consequently relatively high. The present work aims to better understand void closure mechanisms with respect to the involved materials, processes and voids' morphological parameters. This work was supported by an industrial consortium involving six partners. The industrial issues were thus particularly diversified in terms of materials, processes and initial void states.An extensive study regarding existing models in the literature is first presented. Two main approaches are discussed: the explicit full-field approach and the micro-analytical approach. It is shown that none of both approaches is sufficient to precisely predict void closure according to the industrial issues.A new approach is thus proposed at the mesoscale. Void closure mechanisms are studied using a representative volume element (RVE). Using this approach an accurate tridimensional description of the void state can be obtained at the RVE scale. Boundary conditions can also be imposed in order to accurately represent thermomechanical conditions from the macro-scale.Local mechanisms of void closure are studied using a large campaign of 3D finite element simulations at the RVE-scale. The studied parameters are: the materials parameters, the void's morphology and the thermomechanical loading that a void might undergo during hot forming processes. The study shows that both the void's morphology and the stress state exhibit a first-order influence on void closure. Materials parameters exhibit a second-order influence on void closure. A new reliable prediction model is thus proposed with respect to the first-order parameters. The void's morphology is quantitatively studied in terms of equivalent dimensions (tridimensional aspect ratios), and orientation (with respect to principal deformation direction). The stress state is expressed using the stress triaxiality ratio.The proposed model was finally implemented in a material forming finite element software. Validation cases are presented using industrial processes in order to highlight the benefits and limitations of this new model with respect to the existing models from the literature. An experimental validation was also performed using compression tests of porous samples. The samples were examined using X-ray micro-tomography before and after compression.

Les flavonoïdes, molécules naturelles possédant des propriétés antiradicalaires et antioxydantes, sont produits au cours de cascades enzymatiques impliquant plusieurs enzymes. Il a récemment été proposé que certaines de ces enzymes s'assembleraient pour former un complexe multienzymatique transitoire, appelé métabolon, ancré à la membrane cellulaire. Cette structure rendrait possible des phénomènes de transfert direct de métabolites d'un site actif à l'autre (substrate channeling), réduisant ainsi les temps de diffusion et minimisant les effets de solvatation/désolvatation du substrat. L'objectif de ce travail est de proposer un premier modèle de ce type de complexe, impliquant trois enzymes de la biosynthèse des flavonoïdes : la dihydroflavonol-4-réductase (DFR), la flavonoïd-3'-hydroxylase (F3’H) et la leucoanthocyanidine réductase (LAR). L'étude de ces complexes moléculaires requiert la mise en œuvre d'une méthodologie multi-échelles basée sur l’utilisation i) de méthodes hybrides QM/MM pour l'étude de la réactivité enzymatique, ii) de simulations de dynamique moléculaire à résolution atomique se déroulant sur des échelles de temps de l'ordre de la microseconde pour estimer des propriétés thermodynamiques et cinétiques, iii) de calculs de docking protéine-protéine en résolution gros grain. L'application des différents niveaux de théorie nous a permis d'établir un premier modèle de métabolon à trois enzymes en interaction avec une membrane cellulaire. / Flavonoids, some natural compounds exhibiting antioxidant properties, are synthesized along enzymatic cascades involving several enzymes. It has been recently proposed that some of these enzymes are involved in the formation of large transient macromolecular edifices, called metabolon, interacting with cellular membrane. Such molecular complexes should allow direct metabolites transfer from one active site to the other (substrate channeling phenomenon), minimizing diffusion time and solvation effects. The present work aims to establish a first model of a metabolon involving 3 enzymes of the flavonoid biosynthesis: the dihydroflavonol 4-reductase (DFR), the flavonoid 3'-hydroxylase (F3'H) and the leucoanthocyanidin reductase (LAR). The study of such large molecular system requires a multiscale approach based on i) hybrid QM/MM methods to decipher enzymatic mechanism, ii) molecular dynamic simulations in microsecond timescale to estimate thermodynamic and kinetic properties and iii) protein-protein docking at coarse-grained resolution. These different levels of theory allow us to establish a first model of a three-enzymes-metabolon in interaction with a model of cellular membrane.

Les progrès de la recherche et de la prise en charge des maladies neuromusculaires de l’enfance ont prolongé la survie des patients. L’évaluation s’impose donc pour le suivi des patients et aussi en recherche clinique car les premiers essais cliniques tant attendus commencent à paraître. Une métrologie rigoureuse et adaptée est alors indispensable parce qu'il n'est possible ni de se contenter d’une quantification approximative ni d'utiliser des outils non adaptés à des pathologies évolutives. Nous résumons l’état des connaissances sur la métrologie appliquée à l’évaluation fonctionnelle motrice des patients atteints de maladies neuromusculaires et proposons une revue de la littérature sur les outils disponibles avec des analyses précises de leurs propriétés métrologiques. La Mesure de Fonction Motrice, développée à partir de 1998, présente des qualités intéressantes en termes de validité et de fiabilité. Nous avons analysé sa sensibilité au changement dans différentes populations de patients adultes et enfants. Nous proposons ensuite, une classification en grades de sévérité d’atteinte fonctionnelle motrice, le NM-score. Les études de validation ont confirmé son intérêt, sa facilité d'utilisation, sa validité et sareproductibilité. Le NM-Score permet de décrire précisément et de façon discriminante les patients en termes de fonction motrice pour la position debout et les transferts, la motricité axiale ou proximale et la motricité distale. S’intéresser à l’évaluation et à la mesure en médecine, c’est faire preuve d’une rigueur indispensable aux décisions de soins touchant des personnes vulnérables aux besoins spécifiques. / Advances in the research and treatment of childhood neuromuscular diseases have led to longer patient survivals. Evaluation is thus required not only in clinical practice for patient follow-up but also in medical research because the results of long-awaited clinical trials are beginning to emerge. A rigorous and appropriate metrology is then necessary because rough estimates or the use of improper assessment tools are no more satisfactory. We summarize here the current knowledge on the metrology applied to motor function assessment of patients with neuromuscular diseases. We propose a review of the literature on the tools available to monitor motor function with detailed analyses of their metrological properties. Developped since 1998, the Motor Function Measure presents interesting properties in terms of validity and reliability. We analyzed its sensitivity to change in different patient populations of adults and children. We then propose, the NM-Score, a classification in levels of severity of motor function decline.Validation studies have confirmed the interest of this score as well as its ease of use, validity,and reproducibility. The NM-Score is able to describe the patients precisely and discriminantly in terms of motor function for standing position and transfers, axial / proximal motor function and distal motor function. Being interested in evaluation and measurement in medicine is a sign of rigor necessary for decision-making regarding vulnerable persons with special need.

Les systèmes agricoles sont en constante évolution sous les effets conjugués d'innovations techniques et organisationnelles et de changements du contexte socio-économique. A l'échelle d'un territoire, des acteurs locaux peuvent encourager et accompagner des changements de ce type s'ils ont une vision claire de leurs impacts potentiels. L'objectif de cette thèse est d'élaborer et d'appliquer une démarche permettant d'assister agriculteurs et autres acteurs locaux d'un territoire dans la construction et l'évaluation de scénarios d'évolutions des systèmes agricoles. Une démarche basée sur des approches permettant une analyse prospective, multicritères, multi-échelles et participative d'évaluation des systèmes agricoles a été développée. Elle a été mise en œuvre en Camargue (sud-est de la France), avec des exploitants céréaliers et des acteurs de la production agricole et de la gestion du territoire.Des scénarios portant sur la réforme de la politique agricole commune (PAC) en 2012-2014, ainsi que sur des objectifs nationaux de réduction de la consommation de pesticides et de développement de l'agriculture biologique ont été développés. Ces perspectives d'évolution des systèmes agricoles camarguais ont été évaluées, via la formalisation de nombreuses données et connaissances. Deux outils de modélisation ont été utilisés : un modèle multi-agent a permis la mise en place de séances de simulation interactives avec des agriculteurs, et un modèle bioéconomique a été développé et utilisé avec des acteurs locaux tels que le syndicat des riziculteurs et le parc naturel régional.Les scénarios portant sur la réforme de la PAC ont confirmé la dépendance des exploitations rizicoles aux subventions. Des agriculteurs ont testé différentes stratégies d'adaptation de leurs exploitations à la suppression de l'aide couplée à la production rizicole. Ces stratégies, souvent basées sur la diversification des activités ou sur la conversion à l'agriculture biologique, ne permettaient pas de compenser les pertes économiques liées à la disparition de l'aide couplée. A l'échelle du territoire, ces stratégies réduiraient fortement la surface cultivée en riz, avec des impacts importants sur d'autres activités en lien avec la production agricole. Cependant ces stratégies vont dans le sens des objectifs gouvernementaux de réduction des impacts de l'agriculture sur l'environnement. Des scénarios portant spécifiquement sur ces objectifs ont permis d'identifier des marges de manœuvre importantes au niveau des exploitations céréalières camarguaises.Cette thèse propose un cadre pour la mise en œuvre de démarches d'évaluation des systèmes agricoles dans un territoire, qui associe les agriculteurs et les acteurs locaux à différentes étapes, depuis leur engagement pour le choix des scénarios, l'acquisition et l'analyse des données, la construction des outils de simulation et l'évaluation de scénarios. La combinaison de différents outils de modélisation pour la réalisation de réflexions collectives, pourrait contribuer à la mise en place d'actions pour un développement durable de l'agriculture / Agricultural systems are constantly evolving driven by technical and organizational innovations and changes in their socio-economical context. At regional scale local stakeholders can encourage and accompany foreseen changes if they can have clear visions of their potential impacts. The objective of the PhD thesis was to develop and test a framework to assist farmers and local stakeholders of a region in the building and assessment of scenarios related to agricultural systems. This framework is based on different modeling approaches for a participative, integrated, multi-scale and prospective assessment of agricultural systems. It was implemented in the Camargue region, South-East of France, with cereal farmers and local stakeholders involved in agricultural production and territorial management.Scenarios assessed were related to the reform of the common agricultural policy (CAP) of the European Union in 2012-2014, and to national objectives of reduction in pesticide use and extension of organic farming (OF). Several data and expert knowledge have been formalized and used in these simulations of scenarios. Two modeling tools have been used for scenario assessment with stakeholders: an agent-based model allowed interactive simulation sessions with farmers, and a bio-economic model was co-developed and used with local stakeholders such as the French Union of Rice Producer and Industry and the Regional Natural Park, both important stakeholders influencing local agricultural systems. Assessing scenarios related to the CAP reform showed the strong dependency of rice farms to EU subsidies. Farmers involved in the sessions tested several adaptation strategies for their farms in response to the disappearance of the rice coupled payment. These strategies often implied a diversification of production and/or the conversion to OF, but they did not allowed to compensate the economic loss due to the suppression of the rice coupled payment. At the regional level, these strategies would lead to an important decrease on the area cultivated with rice, and therefore have an impact on other related activities in the region. Diversification of production is also a key strategy in scenarios related to governmental objectives of reducing pesticide use and conversion to OF. Therefore, in Camargue, there is room for maneuver for conciliating environmental and economic objectives related to agricultural production.This thesis proposed and applied a framework for participatory integrated assessment of agricultural systems. This framework associates closely farmers and other stakeholders in all phases of scenario assessment (scenario definition, data gathering and analysis, the building and use of models). The way different modeling tools are used in this framework could contribute for collective assessment of future farming systems and support collective actions for sustainable agricultural development.

La thèse porte sur la calibration d'un modèle biomathématique multi-échelle expliquant le phénomène de sélection des follicules ovariens à partir du niveau cellulaire. Le modèle EDP consiste en un système hyperbolique quasi linéaire de grande taille gouvernant l'évolution des fonctions de densité cellulaire pour une cohorte de follicules (en pratique, une vingtaine).Les équations sont couplées de manière non locale par l'intermédiaire de termes de contrôle faisant intervenir les moments de la solution, intégrée à l'échelle mésoscopique et macroscopique. Trois chapitres de la thèse présentent, sous forme d'articles publiés, la méthode développée pour simuler numériquement ce modèle. Elle est conçue pour être implémentée sur une architecture parallèle. Les EDP sont discrétisées avec un schéma Volumes Finis sur un maillage adaptatif piloté par une analyse multirésolution. Le modèle présente des discontinuités de flux aux interfaces entre les différents états cellulaires, qui nécessitent la mise en ½uvre d'un couplage spécifique, compatible avec le schéma d'ordre élevé et le raffinement de maillage.Un chapitre de la thèse est dévolu à la méthode de calibration, qui consiste à traduire les connaissances biologiques en contraintes sur les paramètres et sur les sorties du modèle. Le caractère multi-échelle est là encore crucial. Les paramètres interviennent au niveau microscopique dans les équations gouvernant l'évolution des densités de cellules au sein de chaque follicule, alors que les données biologiques quantitatives sont disponibles aux niveaux mésoscopique et macroscopique. / The thesis focuses on the numerical simulation of a biomathematical, multiscale model explaining the phenomenon of selection within the population of ovarian follicles, and grounded on a cellular basis. The PDE model consists of a large dimension hyperbolic quasilinear system governing the evolution of cell density functions for a cohort of follicles (around twenty in practice).The equations are coupled in a nonlocal way by control terms involving moments of the solution, defined on either the mesoscopic or macroscopic scale.Three chapters of the thesis, presented in the form of articles, develop the method used to simulate the model numerically. The numerical code is implemented on a parallel architecture. PDEs are discretized with a Finite Volume scheme on an adaptive mesh driven by a multiresolution analysis. Flux discontinuities, at the interfaces between different cellular states, require a specific treatment to be compatible with the high order numerical scheme and mesh refinement.A chapter of the thesis is devoted to the calibration method, which translates the biological knowledge into constraints on the parameters and model outputs. The multiscale character is crucial, since parameters are used at the microscopic level in the equations governing the evolution of the density of cells within each follicle, whereas quantitative biological data are rather available at the mesoscopic and macroscopic levels.The last chapter of the thesis focuses on the analysis of computational performances of the parallel code, based on statistical methods inspired from the field of uncertainty quantification.

L'objet de cette thèse est l'étude et la mise en œuvre d'une méthode d’éléments finis multi-échelles pour la simulation d'écoulements miscibles en milieux poreux. La définition des fonctions de base multi-échelles suit l'idée introduite par F. Ouaki. La nouveauté de ce travail consiste à combiner cette approche multi-échelle avec des éléments finis de type Galerkine Discontinus (DG) de façon à pouvoir utiliser ces nouveaux éléments sur des maillages non-conformes composés de mailles de formes diverses. Nous rappelons, dans un premier temps, le principe des méthodes DG et montrons comment ces méthodes peuvent être utilisées pour discrétiser une équation de convection-diffusion instationnaire identique à celle rencontrée dans le problème d'écoulement considéré dans ce travail. Après avoir vérifié l'existence et l'unicité d'une solution à ce problème, nous redémontrons la convergence des méthodes DG vers cette solution en établissant une estimation d'erreur a priori. Nous introduisons, ensuite, les éléments finis multi-échelles non conformes et détaillons leur mise en œuvre sur ce problème de convection-diffusion. En supposant les conditions aux limites et les paramètres du problème périodiques, nous montrons une nouvelle estimation d'erreur a priori pour cette méthode. Dans une seconde partie, nous considérons le problème d'écoulement complet où l'équation considérée dans la première partie est résolue de manière couplée avec l'équation de Darcy. Nous introduisons différents cas tests inspirés de modèles d'écoulements rencontrés en géosciences et comparons les solutions obtenues avec les deux méthodes DG, à savoir la méthode classique utilisant un seul maillage et la méthode étudiée ici. Nous proposons de nouvelles conditions aux limites pour la résolution des problèmes de cellule qui permettent, par rapport à des conditions aux limites linéaires plus classiquement utilisées, de mieux reproduire les variations des solutions le long des interfaces du maillage grossier. Les résultats de ces tests montrent que la méthode multi-échelle proposée permet de calculer des solutions proches de celles obtenues avec la méthode DG sur un seul maillage et de réduire, de façon significative, la taille du système linéaire à résoudre à chaque pas de temps. / This work deals with the study and the implementation of a multiscale finite element method for the simulation of miscible flows in porous media. The definition of the multiscale basis functions is based on the idea introduced by F. Ouaki. The novelty of this work lies in the combination of this multiscale approach with Discontinuous Galerkin methods (DG) so that these new finite elements can be used on nonconforming meshes composed of cells with various shapes. We first recall the basics of DG methods and their application to the discretisation of a convection-diffusion equation that arises in the flow problem considered in this work. After establishing the existence and uniqueness of a solution to the continuous problem, we prove again the convergence of DG methods towards this solution by establishing an a priori error estimate. We then introduce the nonconforming multiscale finite element method and explain how it can be implemented for this convection-diffusion problem. Assuming that the boundary conditions and the parameters of the problem are periodic, we prove a new a priori error estimate for this method. In a second part, we consider the whole flow problem where the equation, studied in the first part of that work, is coupled and simultaneously solved with Darcy equation. We introduce various synthetic test cases which are close to flow problems encountered in geosciences and compare the solutions obtained with both DG methods, namely the classical method based on the use of a single mesh and the one studied here. For the resolution of the cell problems, we propose new boundary conditions which, compared to classical linear conditions, allow us to better reproduce the variations of the solutions on the interfaces of the coarse mesh. The results of these tests show that the multiscale method enables us to calculate solutions which are close to the ones obtained withDG methods on a single mesh and also enables us to reduce significantly the size of the linear system that has to be solved at each time step.