L'une des caractéristiques les plus frappantes des animaux multicellulaires, aussi appelés les métazoaires, est leur étonnante diversité morphologique. Des études de type phylogénétique ont permis de mettre en relation cette abondance et cette variété observées au sein des formes de vie animale avec des différences au niveau de processus moléculaires, cellulaires, tissulaires et organiques. Parmi ces différences, celle affectant les programmes de développement apparaît comme un aspect clé de la diversité des métazoaires. Les programmes de développement reposent entre autres sur la mise en œuvre de communications entre cellules, ou entre milieu environnant et cellules, et ces communications sont assurées au niveau moléculaire par le déploiement de cascades d'activités protéiques nommées les voies de signalisation. Une des voies de signalisation essentielles au cours du développement de nombreux métazoaires est la voie de l'acide rétinoïque (AR). Le fonctionnement et les rôles de cette voie pendant le développement animal ont fait l'objet de nombreuses recherches, ces travaux ayant aboutis à des découvertes majeures. Néanmoins des analyses supplémentaires restent requises afin de mieux comprendre l'histoire évolutive de cette voie, du métabolisme de l'AR à la transmission de son signal, en passant par l'identification de ses gènes cibles, ses interactions avec d'autres voies de signalisation, et ses fonctions au cours du développement, le tout au sein du règne animal. Dans ce contexte, étudier cette voie chez un métazoaire tel que le céphalochordate amphioxus, qui possède une voie de signalisation de l'AR équivalente à celle des vertébrés, mais avec une redondance moléculaire moindre, représente une étape importante pour identifier l’architecture et les fonctions ancestrales de cette voie parmi les chordés.Chez l’amphioxus, la voie de signalisation de l'AR est étudiée depuis plus de 20 ans, mais peu de choses sont encore connues sur la régulation de la biodisponibilité de l'AR pendant le développement et sur la nature de ses gènes cibles et du réseau régulateur qu’ils définissent. Le but de mon travail de thèse a par conséquent été d’étudier ces deux aspects fondamentaux de la voie de signalisation de l'AR chez l'amphioxus. Au cours de mon projet de recherche, j’ai utilisé comme modèle d’étude l'amphioxus européen, Branchiostoma lanceolatum, pour lequel j’ai également mis en œuvre de nombreuses améliorations du système de culture ainsi que développer des techniques d’analyses in vivo, comme la microinjection d'ARNm dans des œufs. / One of the most striking features of multicellular animals, the metazoans, is their amazing morphological diversity. Even though phylogenetic research has made remarkable progress towards revealing how the abundance and variety of animal life forms relates on the molecular, cellular, tissue, and organismal level, the alteration of developmental programs has been revealed as a key aspect in this process. During development, a rather limited number of signaling pathways has been shown to be instrumental for generating metazoan diversity. The retinoic acid (RA) signaling pathway is one of these instrumental signaling cascades. A significant amount of time and work has been used to characterize the functions and roles of RA signaling during development, although further work is required to better understand the evolutionary history of the RA signaling network, from metabolism to signal transduction passing by the interactions with other signaling cascades and its developmental functions and how they evolve with time. In this context, model organisms with representative, vertebrate-like RA signaling cascades, such as the cephalochordate amphioxus, will be an important case-study in order to identify the blueprint of an ancestral RA network.The amphioxus RA signaling pathway was initially studied about 20 years ago, even though not much is known about the bioavailability of RA during development. Moreover, the target genes of the RA signaling pathway and their hierarchical relationship during amphioxus development represent an interesting open question. Therefore, this work aimed at providing a detailed description of two fundamental aspects of the RA signaling pathway during amphioxus development: (1) the regulation of the bioavailability of RA in the developing embryo and (2) the target genes under the control of the RA signaling pathway together with their hierarchical regulatory relationship. To address these questions, the European amphioxus, Branchiostoma lanceolatum, was used as a model system.During my research project, not only these questions were fundamental, but also the implementation of amphioxus as a reliable model system and thus the establishment of multiple aquaculture improvements as well as in vivo techniques, such as the microinjection of mRNAs into amphioxus eggs. Furthermore, to characterize the bioavailability of RA during development of amphioxus, I focused on the study of the enzymes that mediate the catabolism of RA endogenously, the CYP26 subfamily proteins. I thus described the evolutionary diversification of CYP26 genes in deuterostomes as well as their expression, their function and the mechanisms that govern the feedback loop controlled directly by RA during amphioxus development.Additionally, to shed light on the target genes under the control of the RA signaling pathway during amphioxus development, I combined pharmacological treatments using retinoid-specific drugs with two different techniques of high throughput sequencing: RNAseq, that revealed the entire RNA profile and thus the genes being expressed at a given moment in time, and ATACseq (assay for transposase-accessible chromatin) that provided a global overview of accessible regions of the chromatin (i.e. open chromatin regions). By combining the data obtained by these techniques, I revealed a new set of genes that are under the control of the RA signaling pathway as well as new potential regulatory loops driving RAR-mediated expression. Moreover, I established a framework to characterize gene hierarchies during development that can be widely applied to other signaling pathways and organisms.

Cette thèse interroge le concept d’hérédité biologique, ses récentes mutations et leur incidence sur la théorie synthétique de l’évolution, qui est fondée sur une vision strictement génétique de la variation héritable. Elle propose une clarification conceptuelle à l’heure où une abondante littérature décrit des mécanismes de transmission qui défient la théorie génétique et où l’extension du champ de l’héréditaire pourrait modifier le regard des biologistes sur les processus évolutifs. Revenant sur l’histoire d’une notion introduite dans les sciences du vivant en tant que métaphore et associée dès le XIXe siècle à une réflexion sur l’évolution biologique, notre travail de recherche examine la façon dont le concept d’hérédité a été modelé au XXe siècle par la génétique et intégré dans les travaux des biologistes de l’évolution. Il offre une synthèse des données relatives à l’hérédité non génétique et étudie un ensemble de critères nécessaires à l’élaboration d’un concept d’hérédité à la fois inclusif, cohérent et théoriquement fécond. La thèse développe une analyse critique des cadres conceptuels «inclusifs» existants avant de présenter les fondements d’une perspective organisationnelle originale. Dans cette perspective, l'hérédité apparaît comme un phénomène de récurrence transgénérationnelle de variations dans des patrons organisationnels partagés. Elle est sous-tendue par la reconstruction d’éléments génétiques et non génétiques constitutifs (vs. environnementaux). La perspective organisationnelle développée dégage quelques pistes de réflexion pour penser l’incidence d’une hérédité plurielle sur les dynamiques évolutives. / This essay questions the concept of biological inheritance, its recent transformations and their potential impact on the theory of evolution, which is grounded on a genetic vision of heritable variation. It proposes a conceptual clarification while an abundant literature highlights various mechanisms of transmission that challenge the genetic theory of inheritance, and while the extension of the field of inheritance could modify the perspectives of evolutionary biologists on evolutionary processes. This work goes back to the history of a notion introduced in the life sciences as a metaphor and associated, since the 19th century, with concerns about biological evolution. It describes how the concept of biological inheritance was designed by genetics (Mendelian and molecular) during the 20th century and how it was integrated into the studies of evolutionary biologists. It presents data regarding non-genetic inheritance, underlines the necessity to make a selection among them and proposes criteria necessary to the construction of an inclusive, consistent and theoretically fecund concept of biological inheritance. It offers an analysis of existing inclusive conceptual frameworks and offers some foundations for an original organizational perspective. The perspective describes inheritance as a phenomenon of trans-generational reoccurrence of variation in shared organizational patterns underpinned by the reconstruction of genetic and non-genetic constructive elements (vs. environmental). The organizational perspective developed in the essay provides original considerations regarding the impact of a multidimensional inheritance on evolutionary dynamics.

Deux processus majeures de la vie cellulaire, la transcription et la réplication, nécessitent l'ouverture de la double hélice d'ADN et agissent différemment sur les deux brins, ce qui génère des taux de mutation différents (asymétrie de mutation), et aboutit à des compositions en nucléotides différentes des deux brins (asymétrie de composition). Nous nous proposons de modéliser le programme spatio-temporel de réplication et son impact sur l'évolution des séquences d'ADN. Dans le génome humain, nous montrons que les asymétries de composition et de mutation peuvent être décomposées en deux contributions, l'une associée à la transcription et l'autre à la réplication. Celle associée à la réplication est proportionnelle à la polarité des fourches de réplication, elle-même proportionnelle à la dérivée du “timing” de réplication. La polarité des fourches de réplication délimite, le long des chromosomes humains, des domaines de réplication longs de plusieurs Mpb où le “timing” de réplication a une forme de U. Ces domaines de réplication sont également observés dans la lignée germinale, où ils sont révélés par une asymétrie de composition en forme de N, indiquant la conservation de ce programme de réplication sur plusieurs centaines de millions d'années. Les bords de ces domaines de réplication sont constituées d'euchromatine, permissive à la transcription et à l'initiation de la réplication. L'analyse de données d'interaction à longue portée de la chromatine suggère que ces domaines correspondent à des unités structurelles de la chromatine, au coeur d'une organisation hautement parallélisée de la réplication dans le génome humain. / Two key cellular processes, namely transcription and replication, require the opening of the DNA double helix and act differently on the two DNA strands, generating different mutational patterns (mutational asymmetry) that may result, after long evolutionary time, in different nucleotide compositions on the two DNA strands (compositional asymmetry). Here, we propose to model the spatio-temporal program of DNA replication and its impact on the DNA sequence evolution. The mutational and compositional asymmetries observed in the human genome are shown to decompose into transcription- and replication-associated components. The replication-associated asymmetry is related to the replication fork polarity, which is also shown to be proportional to the derivative of the mean replication timing. The large-scale variation of the replication fork polarity delineate Mbp scale replication domains where the replication timing is shaped as a U. Such replication domains are also observed in the germline, where they are revealed by a N-shaped compositional asymmetry, which indicates the conservation of this replication program over several hundred million years. The replication domains borders are enriched in open chromatin markers, and correspond to regions permissive to transcription and replication initiation. The analysis of chromatin interaction data suggests that these replication domains correspond to self-interacting chromatin structural units, at the heart of a highly parallelized organization of the replication program in the human genome.

Nous étudions la migration radiale des étoiles, et testons son impact sur l’évolution chimique de la Voie Lactée. Pour cela nous utilisons une simulation N-corps+SPH (Gadget-3) de galaxie fortement barrée, afin d’étudier la migration radiale induite par la barre. Nous examinons un nouveau mécanisme de migration radiale: une fraction des étoiles piégées à la corotation de la barre, se déplacent avec le rayon de corotation lorsque celui-ci va vers l’extérieur (quand la vitesse de rotation de la barre diminue, du fait de son évolution séculaire). Nous montrons que ce mécanisme affecte principalement les régions externes du disque, à condition que la corotation atteigne ces régions. Nous montrons également que ce mécanisme n’a pas d’effets dans la Voie Lactée, car les estimations observationnelles des caractéristiques de la barre, indiquent que la corotation est loin des zones externes. Nous analysons également la migration radiale dans cette simulation, afin de construire un modèle empirique de diffusion stellaire dans le disque, et nous incluons ce modèle dans un code semi-analytique d’évolution chimique de galaxie. Nous testons la validité de cette approche en vérifiant que les galaxies simulées N-corps+SPH et semi-analytique ont des propriétés morphologiques et chimiques similaires. Nous appliquons ensuite notre modèle à la Voie Lactée, en adaptant les paramètres du modèle. Puis, nous comparons les résultats obtenus avec un grand nombre d’observations concernant le voisinage solaire (relation âge-métallicité, distribution de métallicité, relation a/Fe vs Fe/H et la bimodalité disque mince - disque épais) , et les gradients radiaux d’abondance. / We study the radial migration of stars, and test its impact on the chemical evolution of the Milky Way. For this we use a simulation-body + SPH (Gadget-3) strongly barred galaxy to study the radial migration induced by the bar. We examine a new mechanism of radial migration: a fraction of stars trapped at corotation with the bar, move with the corotation radius when it goes outwards (when the rotational speed of the bar decreases, because of its secular evolution). We show that this mechanism affects mainly the outer regions of the disc, provided that the corotation reaches these regions. We also show that the mechanism has no effects in the Milky Way, as the observational estimates of the characteristics of the bar indicates that the corotation is not in the outer regions. We also analyze the radial migration in this simulation to construct an empirical model of diffusion in the stellar disk, and we include this model in a semi-analytic code of chemical evolution of galaxy. We test the validity of this approach by ensuring that the galaxies simulated with N-body + SPH and semi-analytic have similar morphological and chemical properties. We then apply our model to the Milky Way, by adapting the model parameters. Then, we compare the results obtained with a large number of observations on the solar neighborhood (age-metallicity relation, metallicity distribution, relationship O/Fe vs. Fe/H and bimodality thin disk - thick disk), and radial gradients of abundances.

Cette thèse présente un certain nombre de résultats récents à propos de l'évolution des galaxies et la cosmologie, à partir de l'observation d'amas de galaxies en lumière visible. Nous introduisons d'abord les principales propriétés des amas de galaxies (Chapitre 1.1) et la façon dont ces objets permettent de contraindre le modèle cosmologique standard (Chapitre 1.2). Une grande partie des résultats présentés ici ont été obtenus à partir de l'étude du relevé d'amas DAFT/FADA, qui regroupe des amas dans la gamme de décalages spectraux 0.4<z<0.9 (Chapitre 1.3). Cette thèse est séparée en deux parties, chacune traitant d'une observable particulière : la luminosité des galaxies, puis la forme des galaxies. La fonction de luminosité des galaxies, c'est-à-dire la distribution de leur luminosité, permet d'étudier l'évolution des galaxies dans les amas (Chapitre 2.1). Nous avons calculé les fonctions de luminosité pour un sous-échantillon de 25 amas DAFT/FADA, et avons montré que les galaxies faibles bleues, à fort taux de formation stellaire, évoluent en des galaxies rouges passives des hauts décalages spectraux à aujourd'hui. En comparant les fonctions de luminosité des amas à celles du champ, on observe que cette transformation est plus efficace dans les environnements denses. Nous avons également étudié la fraction de baryons dans les groupes et amas de galaxies (Chapitre 2.2). Nous avons remarqué que dans les groupes la fraction massique d'étoiles peut atteindre des valeurs du même ordre de grandeur que celles de la fraction de gaz intra-amas, alors que dans les amas, la fraction stellaire est généralement négligeable devant celle du gaz. En prenant en compte à la fois les étoiles et le gaz, nous avons posé des contraintes sur le paramètre de densité de matière Omega_M. Les galaxies apparaissent déformées par la présence d'objets d'avant-plan qui courbent les trajectoires lumineuses à leur voisinage. Ce signal de lentille gravitationnelle peut être exploité afin de mesurer la distribution de masse des amas d'avant-plan. Les bases du phénomène de lentille gravitationnelle faible et de la mesure du cisaillement sont introduites au Chapitre . Ces techniques sont ensuite appliquées à un sous-échantillon de 16 amas DAFT/FADA présentant des images Subaru/SuprimeCam ou CFHT/MegaCam (Chapitre 3.1). Nous avons estimé la masse de ces amas, et profité de la large dimension angulaire de ces images pour détecter des filaments et des structures autour de ces amas. Cette étude valide observationnellement le scénario de croissance hiérarchique des amas. Finalement, nous avons détecté les pics de cisaillement dans des simulations de type Euclid, et avons utilisé leur statistique en tant que sonde cosmologique, de façon similaire aux comptages d'amas (Chapitre 3.2). Nous avons calculé les contraintes cosmologiques que cette technique pourra apporter avec les données de la mission spatiale Euclid, et avons développé une approche tomographique qui ajoute l'information des décalages spectraux. Une discussion sur les développements envisagés dans les différents domaines traités conclut cette thèse. / This thesis presents some recent results concerning galaxy evolution and cosmology,based on the observation of galaxy clusters at optical wavelengths. We first introduce the main properties of galaxy clusters (Sect. 1.1) and how they can be used for cosmology within the standard cosmological model (Sect. 1.2). A large fraction of the presented results comes from the study of the DAFT/FADA galaxy cluster survey at redshifts 0.4 < z < 0.9 (Sect. 1.3). We divide our study in two parts according to the observable that is considered: galaxy luminosity or galaxy shape. The distribution of galaxy luminosities is called the galaxy luminosity function (GLF), which can be used to probe the evolution of cluster galaxies (Sect. 2.1). Computing the GLFs for a sub sample of 25 DAFT/FADA clusters, we find that faint blue star forming galaxies are quenched into red quiescent galaxies from high redshift until today. Comparing to the field shows that this transformation is more efficient in high density environments.We also study the fraction of baryons in galaxy groups and clusters (Sect. 2.2). Wefind that in groups, the stars contained in galaxies can reach masses of the same order as those of the intra-cluster gas, while in clusters they are usually negligible relatively to the gas. Taking both stars and gas into account we constrain the matter density parameter Galaxy shapes are distorted by foreground objects that bend light in their vicinity. This lensing signal can be exploited to measure the mass distribution of a foreground cluster. We review the basic theory of weak lensing and shear measurement (Sect. 3.1), and then apply it to a subsample of 16 DAFT/FADA clusters, with Subaru/SuprimeCam or CFHT/MegaCam imaging (Sect. 3.2). We estimate the masses of these clusters, and take advantage of the large fields of view of our images to detect filaments and structures in the cluster vicinity, observationally supporting the hierarchical scenario of cluster growth. Finally, we detect shear peaks in Euclid-like simulations, and use their statistics as a cosmological probe, similarly to cluster counts (Sect. 3.3). We forecast the cosmological constraints that this technique will achieve when applied to the Euclid space mission, and develop a tomographic analysis that adds information from redshifts. We conclude with a discussion of our perspectives on future studies in all the fieldsinvestigated in the present thesis.

L'évolution moléculaire, basée sur l'étude des données de séquençage, s'est imposée comme une approche majeure pour l'étude de l'Histoire des organismes vivants (notamment à travers les arbres phylogénétiques). Ses méthodes classiques reposent sur un découpage des génomes en entités supposées indépendantes : les gènes. Or, les gènes n'évoluent pas indépendamment : au sein de l'histoire des espèces qui le portent, l'histoire d'un gène s'inscrit. En outre, leur position le long des chromosomes fait qu'ils partagent des événements de mutations structurales (duplications, pertes de fragments chromosomiques) avec les gènes proches. Enfin, leur potentielle fonction biologique les amène à être influencés par (et à influencer en retour) l'évolution d'autres gènes. Je montre que ne pas prendre en compte ces relations d'inter-dépendances évolutives (de coévolution) lors de l'inférence d'arbres de gènes résulte en une suresti mation des différences entre les arbres des différents gènes ainsi qu'entre les arbres des gènes et l'arbre des espèces. Des modèles permettent déjà d'intégrer la coévolution des gènes avec les espèces à la reconstruction des arbres de gènes. Par ailleurs, on connaît des modèles décrivant l'évolution des relations entre gènes, néanmoins sans intégrer ces informations à la reconstruction des arbres de gènes. Je reprends ces avancées et les combine au sein d'une méthode qui modifie les arbres de gènes selon un critère qui prend en compte les séquences ainsi que des relations de coévolution avec les espèces et d'autres gènes. Cette méthode, appliquée à des mammifères et des champignons, permet de produire des histoires de gènes cohérentes entre elles / Molecular evolution, based on the study of sequencing data, established itself as a fundamental approach in the study of the history of living organisms (noticeably through the inference of phylogenetic trees). Classical molecular evolution methods rely on the decomposition of genomes into entities that are supposed independent: genes. However we know that genes do not evolve independently: their potential biological function lead them to be influenced by (and influence) the evolution of other genes. Moreover, their position along chromosomes imply that they share events of structural mutations (duplication, loss of a chromosome fragment) with neighbouring genes. Similarly, a gene individual history inscribes itself in the history of the species that bears it. I show that not taking into account this inter-dependency relationships (co- evolutionary relationships) during the inference of gene trees results in an overesti- mation of the differences between gene trees as well as between gene tree and species tree. Modelling efforts these last year have allowed the integration of gene and species co-evolution information to the reconstruction of gene trees. Besides, researchers have proposed models describing the evolution of the relationships linking genes, but without integration of this information in the tree building process. My works aim to combine these advances in a method that modify gene trees according to a criterion that integrates sequence information and information coming from co-evolution relationships. This method, applied to mammals and fungi, leads to gene histories that are more congruent (simpler adjacency histories, longer events of loss or transfer, ...)

Une particularité importante du logiciel est sa capacité à être adapté et configuré selon différents scénarios. Récemment, la variabilité du logiciel a été étudiée comme un concept de première classe dans différents domaines allant des lignes de produits logiciels aux systèmes ubiquitaires. La variabilité est la capacité d'un produit logiciel à varier en fonction de différentes circonstances. Les systèmes à forte variabilité mettent en jeu des produits logiciels où la gestion de la variabilité est une activité d'ingénierie prédominante. Les diverses parties de ces systèmes sont couramment modélisées en utilisant des formes différentes de ''modèle de variabilité'', qui est un formalisme de modélisation couramment utilisé. Les modèles de caractéristiques (feature models) ont été introduits par Kang et al. en 1990 et sont une représentation compacte d'un ensemble de configurations pour un système à forte variabilité. Le grand nombre de configurations d'un modèle de caractéristiques ne permet pas une analyse manuelle. De fait, les mécanismes assistés par ordinateur sont apparus comme une solution pour extraire des informations utiles à partir de modèles de caractéristiques. Ce processus d'extraction d'information à partir de modèles de caractéristiques est appelé dans la littérature scientifique ''analyse automatisée de modèles de caractéristiques'' et a été l'un des principaux domaines de recherche ces dernières années. Plus de trente opérations d'analyse ont été proposées durant cette période. Dans cette thèse, nous avons identifié différentes questions ouvertes dans le domaine de l'analyse automatisée et nous avons considéré plusieurs axes de recherche. Poussés par des scénarios du monde réel (e.g., la téléphonie mobile ou la vidéo protection), nous avons contribué à appliquer, adapter ou étendre des opérations d'analyse automatisée pour l’évolution, le test et la configuration de systèmes à forte variabilité. / The large number of configurations that a feature model can encode makes the manual analysis of feature models an error prone and costly task. Then, computer-aided mechanisms appeared as a solution to extract useful information from feature models. This process of extracting information from feature models is known as ''Automated Analysis of Feature models'' that has been one of the main areas of research in the last years where more than thirty analysis operations have been proposed. In this dissertation we looked for different tendencies in the automated analysis field and found several research opportunities. Driven by real-world scenarios such as smart phone or videosurveillance domains, we contributed applying, adapting or extending automated analysis operations in variability intensive systems evolution, testing and configuration.

Cette thèse porte sur l'étude des atmosphères de Titan et de la Terre primitive avec des modèles de circulation générale (GCM). Tout d'abord, j'ai analysé la structure thermique et la dynamique de la basse troposphère de Titan. Cette étude a abouti à une caractérisation complète de la couche limite et a révélé l'existence d'une circulation de couche limite, qui impacte tous les aspects de la météorologie titanienne (régimes de vents, ondes, formation des dunes et des nuages, échanges de moment cinétique et superrotation). A partir de cette analyse, j'ai proposé une nouvelle hypothèse pour expliquer l'orientation vers l'est des dunes de Titan grâce à un couplage entre les orages tropicaux et la superrotation. Ceci a été validé par des simulations méso-échelles et a permis de proposer un schéma global expliquant la formation des dunes et leurs différentes caractéristiques. J'ai ensuite participé au développement d'un GCM générique, conçu pour étudier tout type d'atmosphère. Je l'ai appliqué aux paléoclimats de Titan pour simuler une période où l'atmosphère a pu être dépourvue de méthane. Dans ce cas, le climat devait être différent d'aujourd'hui avec potentiellement des conséquences géologiques fondamentales notamment pour l'érosion et l'âge de la surface. Finalement, j'ai appliqué ce GCM générique au cas de la Terre primitive. J'ai montré que, malgré un soleil moins lumineux qu'aujourd'hui et des quantités de gaz à effet de serre contraintes par les archives minéralogiques, le climat de la Terre Archéenne a pu être tempérée. En particulier, grâce à une rétro-action nuageuse, la Terre aurait pu éviter une glaciation globale et rester propice au développement de la vie. / This thesis focuses on the study of the atmospheres of Titan and the early Earth with Global Climate Models (GCM). First, I analysed the thermal structure and the dynamics of Titan's lower troposphere. This analysis allowed a full caracterization of the planetary boundary layer and revealed the existence of a boundary layer circulation which impacts every aspect of Titan's weather (wind patterns, atmospheric waves, dune and cloud formation, exchange of momentum with the surface, and development of the superrotation). Thanks to this study, I proposed a new hypothesis to explain the eastward orientation of Titan's dunes that implies a coupling between tropical storms and the superrotation. This has been validated with mesoscale simulations and provided a general framework to explain Titan's dune formation and features. Then, I participated to the development of a generic GCM, designed to study any kind of atmosphere. I applied it to Titan's paleoclimates, when the atmosphere was depleted of methane. In such a case, the climate should have been different from today, with potentially fundamental geological consequences, in particular for the erosion and the age of the surface. Finally, I applied this GCM to the case of the early Earth using greenhouse gas abundances constrained by mineralogical data. I showed that despite a weaker solar insolation, the Archean Earth's climate may have been temperate. In particular, the Earth may have avoided a full glaciation and remained suitable for the development of life thanks to cloud feedback, even assuming a amount of CO2 just a little larger than today.

Les vertébrés font partie des animaux à symétrie bilatérale mais celle-ci n'est pas parfaite et de nombreuses asymétries sont visibles entre les côtés gauche et droit, notamment au niveau du système nerveux. L'épithalamus s'est imposé comme le modèle de référence pour l'étude des mécanismes de latéralisation du cerveau. Cette structure dérivée du diencéphale dorsal se compose de deux noyaux bilatéraux, les habénulæ et du complexe pinéal, qui regroupe les glandes pinéale et parapinéale. Les habénulæ présentent des asymétries plus ou moins marquées chez tous les grands groupes de vertébrés. La parapinéale est également asymétrique mais elle est absente dans de nombreux taxa. Chez le poisson zèbre, espèce modèle de référence pour l'étude des mécanismes de formation des asymétries épithalamiques, une migration latéralisée de la parapinéale est nécessaire à l'élaboration des asymétries habénulaires. Les mécanismes génétiques sous-jacents ont également été en partie décryptés. La première asymétrie visible dans le diencéphale dorsal correspond à une activité de la voie de signalisation Nodal à gauche. Si cette voie Nodal est essentielle pour induire une asymétrie neurogénétique précoce, elle ne l'est pas pour la formation des asymétries épithalamiques définitives. Son rôle se restreint à biaiser la directionnalité des asymétries en influençant la migration de la parapinéale. Les asymétries habénulaires sont induites par la position finale de la parapinéale. La conservation à l'échelle des vertébrés des mécanismes décrits chez le poisson-zèbre reste une question ouverte. Au cours de ce travail de thèse, j’ai cherché à comprendre l’évolution de ces mécanismes en étudiant un chondrichtyen, la roussette Scyliorhinus canicula et des cyclostomes, les lamproies Petromyzon marinus et Lampetra planeri. Leur position phylogénétique ainsi que les asymétries majeures en taille observées entre les habénulæ gauche et droite font de ces espèces de bons modèles pour comprendre leur origine chez les vertébrés. Mes travaux conduisent à trois conclusions principales :(1) on retrouve, comme chez le poisson zèbre, une expression asymétrique de la voie Nodal dans le diencéphale dorsal gauche de la lamproie et de la roussette; la directionnalité de cette asymétrie est conservée entre les trois espèces, ce qui permet d’exclure une inversion de latéralité précédemment proposée chez la lamproie sur la base d’arguments de taille relative des habénulæ(2) La voie Nodal est essentielle à la formation des asymétries habénulaires chez la roussette et la lamproie, ce qui suggère un rôle ancestral dans l’élaboration des asymétries épithalamiques.(3) une analyse détaillée des patrons de prolifération-différenciation des habénulæ au cours du développement de la roussette met en évidence des asymétries moléculaires et cellulaires multiples ; elle démontre en particulier l’existence d’une neurogenèse asymétrique qui débute plus précocement à gauche. Ces travaux donnent un éclairage nouveau sur l’origine et la diversification des mécanismes contrôlant la formation des asymétries cérébrales chez les vertébrés. L’étude de la roussette et la lamproie, deux organismes modèles non conventionnels, ouvrent de nouvelles perspectives pour leur compréhension. / Vertebrates are part of the bilaterally symmetric animals but this one is not perfect and numerous asymmetries can be seen between the left and right sides, especially in the nervous system. The epithalamus has proven itself to be the model system for brain lateralization mechanisms’ studies. This structure derived from the dorsal diencephalon contains by the bilaterally paired habenular nuclei and the pineal complex, which includes the pineal gland and parapineal organ. The habenulae exhibit more or less marked left-right asymmetries among most of the major vertebrate taxa. The parapineal is also asymmetrical but it is absent in many taxa. Zebrafish is the model system for the studies of the developmental mechanisms of epithalamic asymmetries. In this species, a lateralized parapineal migration is required for the establishment of habenular asymmetries. The underlying genetic mechanisms have also been partially decrypted. The first conspicuous asymmetry in the dorsal diencephalon corresponds to a left-sided expression of components of the Nodal signalling pathway. This asymmetric Nodal signalling activity is essential to induce an early neurogenetic asymmetry but not necessary the formation of epithalamic asymmetries per se. Its role is restricted to provide a bias to the parapineal organ’s lateralized migration, and thus influence the laterality of epithalamic asymmetries. Indeed, habenular asymmetries are induced by the final position of the parapineal organ. Conservation of these mechanisms described in zebrafish across vertebrates remains an open question. During this thesis, I tried to understand the evolution of these mechanisms by studying a Chondrichthyes, the catshark Scyliorhinus canicula and cyclostomes, the lampreys Petromyzon marinus and Lampetra planeri. Their phylogenetic position and the major asymmetries in size observed between their left and right habenulae make these species good model systems to understand the origin of these mechanisms in vertebrates. My work leads to three main conclusions:(1) As in zebrafish, we have found an asymmetric expression of the components of the Nodal signalling pathway in the left dorsal diencephalon of the catshark and the lamprey. The laterality of the asymmetry is conserved between these three species, which allows us to exclude a reversed laterality in lampreys like it was proposed on the basis of arguments related to the size of habenular nuclei.(2) The Nodal signalling pathway is requied for the establishment of habenular asymmetries in the catshark and lamprey thus suggesting an ancestral role in the development of epithalamic asymmetries.(3) A detailed analysis of proliferation-differentiation patterns in the catshark habenulae during their development highlighted multiple cellular and molecular asymmetries. In particular it showed the existence of an earlier left-sided asymmetric neurogenesis.These studies provide new insights about the origin and diversification of the mechanisms controlling the establishment of vertebrates’ brain asymmetries. The study of the lamprey and the dogfish, two unconventional model systems open new perspectives for their understanding.

Le syndrome d’Usher (USH) cause une surdité-cécité chez l’homme. Au moins neuf gènes responsables ont été identifiés. L’origine de l’atteinte auditive a été dévoilée par l’analyse de souris mutantes, mais les causes de la cécité sont encore obscures. Néanmoins, unes des protéines de Usher, la myosine VIIa, a été impliquée dans le transport intracellulaire dans les photorécepteurs. Pour mieux comprendre le rôle dans la rétine, j’ai étudié l’un de ses partenaires, la spectrine βV. Nous avons conclu que cette spectrine, en collaboration avec les protéines USH1, est impliquée dans le trafic cellulaire: elle couple les moteurs (myosine VIIA, kinesine II et le complexe dynéine/dynactine) à leurs cargos en route vers le segment externe des photorécepteurs. La combinaison d’études comparatives dans les cellules ciliées (CC) de l'oreille interne de grenouille et de souris, de tests biochimiques et d’analyses phylogénétiques indique que le transport vers et depuis la surface apicale des cellules est la fonction ancestrale de cette spectrine. Chez les mammifères, une pression évolutive a engendré le recrutement de la spectrine βV à la paroi latérale des CC externes auditives, probablement pour participer à une nouvelle fonction: l’électromotilité. Enfin, j’ai étudié l’origine de la surdité dans le syndrome d’Usher III. Le seul gène causal connu est CLRN1, qui code pour la clarine-1. Nous avons conclu que la clarine-1 est nécessaire à la maturation et le maintien des touffes ciliaires des CC. De plus, la clarine-1 est essentielle pour le regroupement des canaux calciques voltage-dépendants au voisinage immédiat de la machinerie exocytotique de la synapse à ruban des CC internes. / Usher syndrome (USH) causes a combined deafness-blindness in humans. At least nine causative genes are known. While the analysis of USH knockout mice has shed light on the origin of the auditory deficit, the causes of vision loss are still unclear. Nevertheless, USH1B protein, myosin VIIa, appears to contribute to intracellular traffic in photoreceptor cells. To better understand the role of this myosin in the retina, I studied the functions of its interacting partner, spectrin βV. We found that spectrin V, along with USH1 proteins, participates in intracellular transport by coupling motor proteins (myosin VIIa, kinesin II, dynein/dynactin complex) to the cargoes en route towards the outer segment of photoreceptor cells. Evidence from comparative studies in frog and mouse inner ear, biochemical assays and phylogenetic analyses point to cargo trafficking to and from the apical cell region, as the likely ancestral function of this spectrin. Our analyses also suggest that evolutionary pressures in the mammalian lineage drove the recruitment of spectrin βV to the lateral wall of auditory outer hair cells, probably to support a new function: electromotility. Finally, I explored the origin of hearing loss in Usher syndrome of type III (USH3). So far, the only causal gene known is CLRN1, which codes for clarin-1. The comparative characterization of two Clrn1 mouse mutants revealed that clarin-1 is required for the maturation and maintenance of the hair bundle in the hair cells. Moreover, our results indicate that clarin-1 is also essential to cluster the voltage-gated Ca2+ channels in close proximity to the exocytotic machinery of the ribbon synapse of inner hair cells.