Congenital Hypothyroidism (CH) is the most common endocrine disorder, affecting one out of 2000-4000 newborns. Most CH are due to a defect in thyroid embryonic development and they can lead to severe phenotypes if not treated correctly. Multiple observations argue in favor of a genetic cause in a minority of thyroid dysgenesis, but to date, only few cases could be explained by a mutation in one of the genes coding for the factors known to be important in thyroid development and/or function (NKX2-1, PAX8, FOXE1, TSHR). This is the reason why it was important to develop new models allowing the discovery of new genes/mechanisms potentially implicated in the gland organogenesis. To that purpose, we set up in the laboratory a structure enabling the use of zebrafish as an animal model. The latter is indeed more and more used by developmental biologists, including by scientists interested in thyroid development.<p><p>The first step of our project consisted in a deeper characterization of the model, notably by the study of the expression patterns of the thyroid functional differentiation markers. Furthermore, the exact role of the Tsh/Tshr signaling – main regulator of thyroid growth and function in mammals – was dissected. In a second part of the project, we generated a stable transgenic line (tg(tg:mCherry)) allowing the visualization of thyroid development in living embryos and in a dynamic manner, thanks to real-time imaging techniques. On the one hand, this tool enabled us to better understand the morphological aspect of the different stages of thyroid development, such as the budding, evagination, relocalization or folliculogenesis. On the other hand, the use of double transgenic fishes obtained by crossing tg(tg:mCherry) with other lines expressing GFP in surrounding structures of interest, allowed us to highlight the contacts between the cardiovascular system and thyroid, and this along the whole gland development. The introduction of this model within the laboratory paves the way for the discovery and the study of thyroid intrinsic and extrinsic genes/mechanisms which might play a role on its development.<p><p>L’hypothyroïdie congénitale (HC) est une maladie relativement fréquente, touchant un nouveau-né sur 2000-4000. La majorité des HC sont dues à un défaut dans le développement embryonnaire de la glande, et peuvent mener à des phénotypes sévères si elles ne sont pas correctement traitées. Il existe plusieurs arguments en faveur d’une cause génétique dans une minorité de ces dysgénésies thyroïdiennes mais, à ce jour, seuls quelques cas ont pu être reliés à une mutation dans un des gènes codant pour des facteurs connus pour être importants dans le développement/la fonction de la glande (NKX2-1, PAX8, FOXE1, TSHR). C’est pour cette raison qu’il est important de développer de nouveaux modèles pouvant permettre la découverte de nouveaux gènes/mécanismes potentiellement impliqués dans l’organogénèse de la glande. A cette fin, nous avons mis en place au sein du laboratoire une structure permettant l’utilisation du poisson-zèbre comme modèle animal. Ce dernier est en effet de plus en plus utilisé par les biologistes du développement, y compris par les scientifiques qui s’intéressent au développement thyroïdien.<p><p>La première étape de notre travail a consisté en une caractérisation approfondie du modèle, notamment par l’étude du réseau d’expression des marqueurs de différenciation fonctionnelle de la glande. En outre, le rôle exact de la signalisation par la TSH – principal régulateur de la croissance et de la fonction de la thyroïde des mammifères – a été étudié. Dans la deuxième partie du projet, nous avons généré une ligne transgénique stable (tg(tg:mCherry)) permettant la visualisation du développement thyroïdien dans des embryons vivants et ce, de manière dynamique, grâce au principe d’imagerie en temps réel. D’une part, cet outil nous a permis de mieux comprendre l’aspect morphologique des différentes étapes du développement thyroïdien, telles que la formation du bourgeon, l’invagination, la relocalisation ou la folliculogénèse. D’autre part, l’utilisation de poissons doublement transgéniques obtenus par le croisement de tg(tg:mCherry) avec d’autres lignées où les structures environnantes d’intérêt expriment la GFP nous a permis de mettre en avant les contacts entre le système cardiovasculaire et la thyroïde, et ce, tout au long de son développement. La mise en place de ce modèle au sein de notre laboratoire ouvre la voie à la découverte et à l’étude de mécanismes/gènes extrinsèques à la thyroïde mais pouvant jouer un rôle sur son développement. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse évalue le risque d’émergence d’un pathogène via l’avifaune sauvage dans une région indemne en combinant deux approches :(1) L’étude de pathogènes partageant des caractéristiques éco-épidémiologiques communes avec le pathogène émergeant ;et (2) L’utilisation de données écologiques disponibles dans la région indemne.<p>\ / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre de l’étude in silico des relations qui lient la séquence d’une protéine à sa structure, sa stabilité et sa fonction. Elle a pour objectif de permettre à terme la conception rationnelle de protéines modifiées qui restent actives dans des conditions physico chimiques non physiologiques. Nous nous sommes plus particulièrement penchés sur la stabilité thermique des protéines, qui est définie par leur température de fusion Tm au delà de laquelle leur structure n’est thermodynamiquement plus stable. Notre travail s’articule en trois grandes parties :la recherche de facteurs favorisant la thermostabilité des protéines parmi des familles de protéines homologues, la mise sur pied d’une base de données de protéines de structure et de Tm déterminées expérimentalement, de laquelle sont dérivés des potentiels statistiques dépendant de la température, et enfin la mise au point de deux outils bioinformatiques visant à prédire d’une part la Tm d’une protéine à partir de la Tm de protéines homologues et d’autre part les changements de thermostabilité d’une protéine (Tm) engendrés par l’introduction d’une mutation ponctuelle.<p><p>La première partie a pour objectif l’identification des facteurs de séquence et de structure (e.g. fréquence de ponts salins, d’interactions cation-{pi}) responsables des différentes stabilités thermiques de protéines homologues au sein de huit familles (chapitre 2). La spécificité de chaque famille ne nous a pas permis de généraliser l’impact de ces différents facteurs sur la stabilité thermique des protéines. Cependant, cette approche nous a permis de constater la multitude de stratégies différentes suivies par les protéines pour atteindre une plus grande thermostabilité.<p><p>La deuxième partie concerne le développement d’une approche originale pour évaluer l’influence de la température sur la contribution de différents types d’interactions à l’énergie libre de repliement des protéines (chapitres 3 et 4). Cette approche repose sur la dérivation de potentiels statistiques à partir d’ensembles de protéines de thermostabilité moyenne distincte. Nous avons d’une part collecté le plus grand nombre possible de protéines de structure et de Tm déterminées expérimentalement, et d’autre part développé des potentiels tenant compte de l’adaptation des protéines aux températures extrêmes au cours de leur évolution. Cette méthode originale a mis en évidence la dépendance en la température d’interactions protéiques tels les ponts salins, les interactions cation-{pi}, certains empilements hydrophobes .Elle nous a en outre permis de mettre le doigt sur l’importance de considérer la dépendance en la température non seulement des interactions attractives mais également des interactions répulsives, ainsi que sur l’importance de décrire la résistance thermique par la Tm plutôt que la Tenv, température de l’environnement de l’organisme dont elle provient (chapitre 5).<p><p>La dernière partie de cette thèse concerne l’utilisation des profils énergétiques dans un but prédictif. Tout d’abord, nous avons développé un logiciel bioinformatique pour prédire la thermostabilité d’une protéine sur la base de la thermostabilité de protéines homologues. Cet outil s’est avéré prometteur après l’avoir testé sur huit familles de protéines homologues. Nous avons également développé un deuxième outil bioinformatique pour prédire les changements de thermostabilité d’une protéine engendrés par l’introduction d’une mutation ponctuelle, en s’inspirant d’un logiciel de prédiction des changements de stabilité thermodynamique des protéines développé au sein de notre équipe de recherche. Ce deuxième algorithme de prédiction repose sur le développement d’une grande base de données de mutants caractérisés expérimentalement, d’une combinaison linéaire de potentiels pour évaluer la Tm, et d’un réseau de neurones pour identifier les coefficients de la combinaison. Les prédictions générées par notre logiciel ont été comparées à celles obtenues via la corrélation qui existe entre stabilités thermique et thermodynamique, et se sont avérées plus fiables.<p><p>Les travaux décrits dans notre thèse, et en particulier le développement de potentiels statistiques dépendant de la température, constituent une nouvelle approche très prometteuse pour comprendre et prédire la thermostabilité des protéines. En outre, nos travaux de recherche ont permis de développer une méthodologie qui pourra être adaptée à l’étude et à la prédiction d’autres propriétés physico chimiques des protéines comme leur solubilité, leur stabilité vis à vis de l’acidité, de la pression, de la salinité .lorsque suffisamment de données expérimentales seront disponibles.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de ce travail de thèse, nous avons établi un modèle global pour le réseau de kinases dépendantes des cyclines (Cdks) qui contrôle la dynamique du cycle cellulaire chez les mammifères. Le modèle contient quatre modules Cdk régulés par phosphorylation-déphosphorylation, par des inhibiteurs de Cdk, et par la synthèse ou la dégradation de protéines. Les facteurs de croissance suscitent la transition d’un état stationnaire stable, état de quiescence, à un état de prolifération caractérisé par des oscillations entretenues du réseau de cyclines/Cdk. Ces oscillations correspondent à l’activation transitoire et répétitive des complexes cycline D/Cdk4-6 en phase G1, cycline E/Cdk2 à la transition G1/S, cycline A/Cdk2 en phase S et à la transition S/G2, et cycline B/Cdk1 à la transition G2/M. Le modèle rend compte de plusieurs propriétés majeures du cycle cellulaire des mammifères :(1) oscillations entretenues du réseau de Cdk en présence d’un niveau suffisant d’un facteur de croissance ;(2) contrôle de la progression dans le cycle cellulaire par la balance entre les effets antagonistes du suppresseur de tumeur pRB et du facteur de transcription E2F ;(3) existence d’un point de restriction situé dans la phase G1, au-delà duquel la cellule n’a plus besoin de la présence d’un facteur de croissance pour compléter son cycle de division cellulaire ;(4) entraînement du cycle cellulaire par l’horloge circadienne. Le modèle rend compte également du phénomène d’endoréplication qui correspond au découplage entre réplication de l’ADN et mitose :la cellule duplique à de multiples reprises son ADN sans entrer en phase de mitose. En incorporant des points de contrôle («checkpoints») dans le modèle pour le cycle cellulaire, et en particulier le point de contrôle de réplication de l’ADN régulé par les kinases ATR et Chk1, nous montrons comment ce point de contrôle ralentit la dynamique du cycle cellulaire et mène à une meilleure séparation des phases de réplication de l’ADN et de mitose. Le modèle pour le cycle cellulaire des cellules de mammifères montre comment la structure de régulation du réseau de cyclines/Cdk suscite son auto-organisation temporelle, menant à l’activation répétitive et séquentielle des quatre modules Cdk qui assurent la progression ordonnée dans les différentes phases du cycle cellulaire./We propose an integrated computational model for the network of cyclin-dependent kinases (Cdks) that controls the dynamics of the mammalian cell cycle. The model contains four Cdk modules regulated by reversible phosphorylation, Cdk inhibitors, and protein synthesis or degradation. Growth factors trigger the transition from a quiescent, stable steady state to self-sustained oscillations in the Cdk network. These oscillations correspond to the repetitive, transient activation of cyclin D/Cdk4-6 in G1, cyclin E/Cdk2 at the G1/S transition, cyclin A/Cdk2 in S and at the S/G2 transition, and cyclin B/Cdk1 at the G2/M transition. The model accounts for the following major properties of the mammalian cell cycle: (1) repetitive cell cycling in the presence of supra-threshold amounts of growth factor ;(2) control of cell cycle progression by the balance between antagonistic effects of the tumor suppressor pRB and the transcription factor E2F ;(3) existence of a restriction point in G1, beyond which completion of the cell cycle becomes independent of growth factor ;(4) entrainment of the cell cycle by the circadian clock. The model also accounts for endoreplication and for self-sustained oscillations in the presence of only Cdk1 or in the absence of pRB. Incorporating the DNA replication checkpoint mediated by kinases ATR and Chk1 slows down the dynamics of the cell cycle without altering its oscillatory nature and leads to better separation of the S and M phases. The model for the mammalian cell cycle shows how the regulatory structure of the Cdk network results in its temporal self-organization, leading to the repetitive, sequential activation of the four Cdk modules that brings about the orderly progression along cell cycle phases. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les effets anti-allergiques des bactéries lactiques sont suggérés par plusieurs études épidémiologiques, des essais cliniques et des modèles expérimentaux d’allergie. Cependant, les propriétés immunomodulatrices des bactéries lactiques sont sous-exploitées par les stratégies vaccinales développées pour combattre l’allergie et les mécanismes empruntés par ces bactéries pour moduler l’allergie restent peu caractérisés.<p>Dès lors, nous avons caractérisé les propriétés immunomodulatrices qu’exerce Lactobacillus plantarum NCIMB8826, une bactérie lactique modèle, sur la cellule dendritique étant donné le rôle déterminant de cette cellule sur la réponse allergique. Nous montrons que L. plantarum induit une forte sécrétion d’IL-12 p40, d’IL-12 p70, de TNF-a mais une faible production d’IL-10. Cette faculté à induire la sécrétion de cytokines polarisantes dépend de TLR2, de TLR9, de MyD88, de NF-kB, des MAPKs (en particulier JNK, p38 et ERK 1/2), de la composition de l’acide lipotéichoïque de L. plantarum et de CD14. Nous montrons aussi que l’ADN génomique de L. plantarum est un agoniste de TLR9 et que CD14 et CD36 facilitent la liaison de la cellule dendritique avec L. plantarum.<p>Ensuite, nous avons évalué le potentiel vaccinal d’une coadministration L. plantarum + Der p 1 dans un modèle murin d’allergie à Der p 1. Cette formulation vaccinale prévient la production d’IgE Der p 1-spécifique et atténue l’éosinophilie pulmonaire tout en stimulant une forte production d’anticorps IgG2a Der p 1-spécifiques et d’IFN-g par les cellules spléniques. Ces effets bénéfiques nous ont conduit à élaborer une bactérie lactique recombinante dérivée de L. plantarum produisant Der p 1 pour la vaccination contre l’allergie aux acariens. La forme antigénique que nous avons réussi à faire produire par L. plantarum correspond à une protéine de fusion entre la Maltose Binding Protein de E. coli et ProDer p 1 (le zymogène de Der p 1), la présence de ce partenaire de fusion étant indispensable à la production de ProDer p 1. En prophylaxie, la vaccination par cette bactérie recombinante prévient la production d’anticorps IgE-Der p 1-spécifiques et stimule la production d’anticorps IgG2a spécifiques, reproduisant les effets de la coadministration L. plantarum + Der p 1. Elle réduit de manière drastique la production d’IL-5 des cellules spléniques et des cellules ganglionnaires médiastinales et prévient l’éosinophilie pulmonaire mais n’a pas d’effet sur l’hyperréactivité bronchique. Der p 1 étant un des allergènes d’acarien les plus immunodominants, cet ensemble de données montre donc que cette bactérie recombinante constitue un vaccin prophylactique prometteur pour la prévention de l’allergie aux acariens. Des résultats préliminaires obtenus à partir de cellules dendritiques humaines et lymphocytes T autologues montrent la forte capacité de cette bactérie recombinante à induire le développement d’une réponse Th1 fortement polarisée (production d’IFN-g en l’absence de production d’IL-4 et d’IL-5), ce qui suggère que l’utilisation de cette bactérie recombinante pourrait être envisagée pour le traitement de l’allergie chez l’homme. <p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La protéine Tax du virus HTLV-1 a les propriétés d'un oncogène viral et joue un rôle important dans l'induction de la transformation cellulaire menant à l'ATL. L'activité oncogène de Tax résulte d'effets pléiotropes sur divers mécanismes cellulaires y compris l'activation de l'expression de gènes cellulaires spécifiques par la voie NF-&61547;B et la dérégulation de la progression du cycle cellulaire. Dans ce travail, nous avons mis en évidence que Tax est une protéine hautement modifiée dans diverses lignées cellulaires y compris dans les lymphocytes T transformés par HTLV-1. L'ensemble des modifications post-traductionnelles de Tax forment une suite hiérarchisée qui contrôlent la localisation intracellulaire de Tax, sa capacité d'activer les kinases IKK et la voie de signalisation des facteurs NF-&61547;B et sa capacité d'induire un arrêt dans la progression de la mitose. En effet, la phosphorylation de Tax contrôle son ubiquitination et son passage dans le noyau où elle est sumoylée et acétylée. L’ubiquitination et la sumoylation de Tax agissent de manière concertée pour permettre l’activation de l’expression des gènes par la voie NF-& / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cupriavidus metallidurans CH34 est la bactérie Gram négative considérée comme organisme-modèle pour l’étude de la résistance aux métaux lourds. Notre travail a porté sur sa résistance au cuivre, codée par les gènes cop du plasmide pMOL30. Ces gènes, responsables des différentes étapes de la résistance (compartimentation des systèmes d’efflux entre périplasme et cytoplasme, modification de valence, et d’autres fonctions totalement inconnues) ont suscité notre intérêt.<p><p>On distingue dans l’îlot cop des gènes codant pour des fonctions de résistance proprement dite (essentiellement par détoxication active du cytoplasme et du périplasme). En effet, les mutants de copSRABCD, copF, et dans une moindre mesure copJ et copE deviennent sensibles. Les phénotypes des mutants divergent toutefois suivant que la mutation soit sur un cosmide qui ne porte que l’îlot (pMOL1024) ou dans son plasmide d’origine (pMOL30). Un second groupe de mutants (copVTMK, copG, copL, copQ) se distingue par un phénotype plus résistant ou identique à la souche parente, sauf autour de la CMI. Ces gènes interviendraient donc à la CMI pour assurer la résistance la plus élevée et le maintien d'un état viable latent.<p><p>La présence de l’îlot cop permet de contenir le taux d’oxygène radicalaire qui reste à un taux basal lorsque les cellules sont adaptées au cuivre environnent. Après un choc de Cu (ou stress aigu), l’îlot cop répond de façon « explosive » au stress, en consommant l’énergie du potentiel membranaire et en augmentant fortement l’activité de la chaîne respiratoire.<p><p>La résistance au cuivre est inductible, mais de façon différenciée pour la souche sauvage (CH34) et celle qui ne porte qu l’îlot cop (AE1744) :la CMI de CH34 triple après adaptation au cuivre, alors que celle d’AE1744 est inchangée. Après un choc de Cu, la résistance au cuivre est plus fortement induite pour AE1744 que pour CH34. Ces observations suggèrent que l’îlot cop ait été sélectionné pour sa capacité à répondre à un stress aigu puis intégré dans un ensemble de gènes plus vaste qui répond à des impératifs de stress chronique.<p><p>L’analyse biochimique de CopI, une petite protéine bleue à cuivre, montre qu’elle porte un site analogue à celui des oxydases multicuivre. Son rôle pourrait dès lors être celui d’une réductase multicuivre. La protéine CopK lie de façon très spécifique le Cu(I) et il semble que la liaison du cuivre modifie sa structure. L’analyse écologique a montré que des homologues de copK pourraient être présents dans l’ADN extrait de la terre de biotopes chargés en cuivre, et dans les souches cuprorésistantes qu’on y trouve. <p><p>La contribution majeure de cette thèse est de montrer que l’effet d’un stress métallique ne se résume pas à deux états physiologiques « mort ou vif ». Il y a lieu de considérer des états transitoires (choc de Cu, adaptation au métal, survie autour de la CMI, persistance) où interviennent des gènes spécifiques dans un ou plusieurs états donnés. Les résultats biochimiques et physiologiques ne nous éclairent pas encore assez sur les interconversions Cu(I)/Cu(II) ni sur les flux de cations notamment vers l'espace extracellulaire. Cette thèse ouvre des perspectives sur des mécanismes (protection à la CMI, phénotype persistant) assurant la survie des bactéries ou leur potentiel de recolonisation lors d'une diminution de la pression toxique :les gènes copT, copV, copK, copM, copB, copG, copL et copQ semblent impliqués dans ces fonctions. <p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les recherches récapitulées dans cette thèse de doctorat ont porté sur les causes de l’organisation spatiale des végétations périodiques. Ces structures paysagères aux motifs réguliers, tachetés, tigrés ou labyrinthiques, d’échelle décamétrique à hectométrique, couvrant des étendues considérables sur au moins trois continents, constituent un cas d’école dans l’étude des processus endogènes présidant à l’hétérogénéité du couvert végétal. Ces structures prennent place sur un substrat homogène, mis à part la rétroaction du couvert lui-même, et sont marquées par des écotones abrupts et la persistance d’une proportion considérable de sol nu. Plusieurs modèles ont mis en avant l’existence possible d’un phénomène d’auto-organisation du couvert, qui verrait une structure d’ensemble émerger des interactions locales entre individus. Ces modèles se basent sur le jeu simultané de la consommation de la ressource (compétition) et de l’amélioration de l’un ou l’autre des éléments du bilan de la même ressource par le couvert (facilitation). La condition à l’existence d’une structure d’ensemble spatialement périodique et stable réside dans une différence entre la portée de la compétition (plus grande) et celle de la facilitation. L’apparition de ces structures est modulée par le taux de croissance biologique, qui est le reflet des contraintes extérieures telles que l’aridité, le pâturage ou la coupe de bois. Le modus operandi des interactions spatiales supposées entre individus reste largement à préciser.<p>Nos recherches ont été menées au sud-ouest de la République du Niger, à l’intérieur et dans les environs du parc Régional du W. Trois axes ont été explorés :(i) Une étude de la dépendance spatiale entre la structure de la végétation (biovolumes cartographiés) et les paramètres du milieu abiotique (relief, sol), sur base d’analyses spectrales et cross-spectrales par transformée de Fourier (1D et 2D). (ii) Une étude diachronique (1956, 1975 et 1996) à large échelle (3000 km²) de l’influence de l’aridité et des pressions d’origine anthropique sur l’auto-organisation des végétations périodiques, basée sur la caractérisation de la structure spatiale des paysages sur photos aériennes via la transformée de Fourier en 2D. (iii) Trois études portant sur les interactions spatiales entre individus :En premier lieu, via l’excavation des systèmes racinaires (air pulsé) ;Ensuite, par un suivi spatio-temporel du bilan hydrique du sol (blocs de gypse) ;Enfin, via le marquage de la ressource par du deutérium. <p>Nous avons ainsi pu établir que les végétations périodiques constituent bien un mode d’auto-organisation pouvant survenir sur substrat homogène et modulé par les contraintes climatiques et anthropiques. Un ajustement rapide entre l’organisation des végétations périodiques et le climat a pu être montrée en zone protégée. La superficie et l’organisation des végétations périodiques y ont tour à tour progressé et régressé en fonction d’épisodes secs ou humides. Par contre, en dehors de l’aire protégée, la possibilité d’une restauration du couvert semble fortement liée au taux d’exploitation des ressources végétales. Ces résultats ont d’importantes implications quant à la compréhension des interactions entre climat et écosystèmes et à l’évaluation de leurs capacités de charge. La caractérisation de la structure spatiale des végétations arides, notamment par la transformée de Fourier d’images HR, devrait être généralisée comme outil de monitoring de l’état de ces écosystèmes. Nos études portant sur les modes d’interactions spatiales ont permis de confirmer l’existence d’une facilitation à courte portée du couvert végétal sur la ressource. Cependant, cette facilitation ne semble pas s’exercer sur le terme du bilan hydrique traditionnellement avancé, à savoir l’infiltration, mais plutôt sur le taux d’évaporation (deux fois moindre à l’ombre des canopées). Ce mécanisme exclut l’existence de transferts diffusifs souterrains entre sols nu et fourrés. Des transferts inverses semblent d’ailleurs montrés par le marquage isotopique. L’étude du bilan hydrique et la cartographie du micro-relief, ainsi que la profondeur fortement réduite de la zone d’exploitation racinaire, jettent de sérieux doutes quant au rôle communément admis des transferts d’eau par ruissellement/diffusion de surface en tant que processus clé dans la compétition à distance entre les plantes. L’alternative réside dans l’existence d’une compétition racinaire de portée supérieure aux canopées. Cette hypothèse trouve une confirmation tant par les rhizosphères excavées, superficielles et étendues, que dans le marquage isotopique, montrant des contaminations d’arbustes situés à plus de 15 m de la zone d’apport. De même, l’étude du bilan hydrique met en évidence les influences simultanées et contradictoires (facilitation/compétition) des ligneux sur l’évapotranspiration.<p>/<p><p>This PhD thesis gathers results of a research dealing with the causes of the spatial organisation of periodic vegetations. These landscape structures, featuring regular spotted, labyrinthine or banded patterns of decametric to hectometric scale, and extending over considerable areas on at least three continents, constitute a perfect study case to approach endogenous processes leading to vegetation heterogeneities. These patterns occur over homogeneous substratum, except for vegetation’s own feedbacks, and are marked by sharp ecotones and the persistence of a considerable amount of bare soil. A number of models suggested a possible case of self-organized patterning, in which the general structure would emerge from local interactions between individuals. Those models rest on the interplay of competitive and facilitative effects, relating to soil water consumption and to soil water budget enhancement by vegetation. A general necessary condition for pattern formation to occur is that negative interactions (competition) have a larger range than positive interactions (facilitation). Moreover, all models agree with the idea that patterning occurs when vegetation growth decreases, for instance as a result of reduced water availability, domestic grazing or wood cutting, therefore viewing patterns as a self-organised response to environmental constraints. However the modus operandi of the spatial interactions between individual plants remains largely to be specified.<p>We carried out a field research in South-West Niger, within and around the W Regional Park. Three research lines were explored: (i) The study of the spatial dependency between the vegetation pattern (mapped biovolumes) and the factors of the abiotic environment (soil, relief), on the basis of spectral and cross-spectral analyses with Fourier transform (1D and 2D). (ii) A broad scale diachronic study (1956, 1975, 1996) of the influence of aridity and human induced pressures on the vegetation self-patterning, based on the characterisation of patterns on high resolution remote sensing data via 2D Fourier transform. (iii) Three different approaches of the spatial interactions between individuals: via root systems excavation with pulsed air; via the monitoring in space and time of the soil water budget (gypsum blocks method); and via water resource labelling with deuterated water.<p>We could establish that periodic vegetations are indeed the result of a self-organisation process, occurring in homogeneous substratum conditions and modulated by climate and human constraints. A rapid adjustment between vegetation patterning and climate could be observed in protected zones. The area and patterning of the periodic vegetations successively progressed and regressed, following drier or wetter climate conditions. On the other hand, outside protected areas, the restoration ability of vegetation appeared to depend on the degree of vegetation resource exploitation. These results have important implications regarding the study of vegetation-climate interactions and the evaluation of ecosystems’ carrying capacities. Spatial pattern characterisation in arid vegetations using Fourier transform of HR remote sensing data should be generalised for the monitoring of those ecosystems. Our studies dealing with spatial interaction mechanisms confirmed the existence of a short range facilitation of the cover on water resource. However, this facilitation does not seem to act through the commonly accepted infiltration component, but rather on the evaporative rate (twice less within thickets). This mechanism excludes underground diffusive transfers between bare ground and vegetation. Inverse transfers were even shown by deuterium labelling. Water budget study and micro-elevation mapping, along with consistent soil shallowness, together cast serious doubts on the traditional mechanism of run-off/diffusion of surface water as a key process of the long range competition between plants. An alternative explanation lies in long range root competition. This hypothesis find support as well in the excavated root systems, shallow and wide, as in isotopic labelling, showing contaminations of shrubs located up to 15 m of the irrigated area. Water budget study also evidenced simultaneous contradictory effects (facilitation/competition) of shrubs on evapotranspiration.<p> / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The exponential development of biotechnology has lead to a quasi unlimited number of potential products going from biopolymers to vaccines. Cell culture has therefore evolved from the simple cell growth outside its natural environment to its use to produce molecules that they do not naturally produce. This rapid development could not be continued without new control and supervising tools as well as a good process understanding. This requirement involves however a large diversity and a better accessibility of process measurements. In this framework, software sensors show numerous potentialities. The objective of a software sensor is indeed to provide an estimation of the system state variables and particularly those which are not obtained through in situ hardware sensors or laborious and expensive analysis. In this context, This work attempts to join the knowledge of increasing bioprocess complexity and diversity and the time scale of process developments and favours systematic modelling methodology, its flexibility and the speed of development. In the field of state observation, an important modelling constraint is the one induced by the selection of the state to estimate and the available measurements. Another important constraint is the model quality. The central axe of this work is to provide solutions in order to reduce the weight of these constraints to software sensors development. On this purpose, we propose four solutions to four main questions that may arise. The first two ones concern modelling uncertainties.<p><p>1."How to develop a software sensor using measurements easily available on pilot scale bioreactor?" The proposed solution is a static software sensor using an artificial neural network. Following this modelling methodology we developed static software sensors for the biomass and ethanol concentrations in a pilot scale S. cerevisae cell culture using the measurement of titrating base quantity, agitation rate and CO& / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La zone tropicale connaît à l’heure actuelle une réduction catastrophique de la superficie des écosystèmes forestiers qui jouent pourtant un rôle essentiel dans la régulation climatique et qui constituent un réservoir inestimable de la biodiversité. Les causes de cette déforestation sont multiples et complexes. Même si l’agriculture constitue l’une des causes majeures de la déforestation dans la plupart des régions tropicales, l’Afrique sub-saharienne a connu des influences exceptionnelles liées aux conflits sociaux qui ont entrainé un afflux massif de réfugiés ou de déplacés internes. Au Burundi, l’instabilité sociopolitique survenue en 1993 a entrainé un déplacement massif de la population constituée essentiellement d’agriculteurs. Une partie de cette population déplacée s’est réfugiée à l’extérieur du pays tandis qu’une autre s’est retrouvée dans des camps de déplacés à l’intérieur du pays. L’objectif de cette étude est de caractériser la dynamique spatio-temporelle de l’occupation du sol au sud et sud-est du Burundi en mettant un accent particulier sur l’influence de cette migration forcée de la population. La dynamique et la biodiversité végétale de la forêt de Bururi qui est située dans ce paysage anthropisé ont également été analysées. Sur la base de 6 images satellitaires et des observations sur le terrain, cette étude montre que le sud et sud-est du Burundi est caractérisé par une augmentation de l’anthropisation au fil du temps. L’impact négatif de l’instabilité sociopolitique sur la végétation naturelle a été mis en évidence par la diminution du degré d’anthropisation au fur et à mesure que la distance aux camps de déplacés augmente. Il est également confirmé par le fait que l’anthropisation de la zone située autour des camps est plus importante pour les années qui ont suivi le déclenchement de l’instabilité sociopolitique par rapport aux années antérieures. Ainsi, les résultats de cette étude ont permis de confirmer que les camps de déplacés ont significativement contribué à la dynamique de l’occupation du sol dans cette région. La création de nouvelles parcelles agricoles ainsi que la recherche du bois de chauffe autour des camps sont à l’origine de cette forte déforestation. Cette étude montre également que la distribution d’abondances des plantes de la forêt de Bururi est conforme à la distribution log série, ce qui constitue également un indicateur de sa perturbation malgré son statut d’aire protégée. L’agrégation de certaines de ses espèces arborescentes pourrait être l’une des conséquences de ces perturbations anthropiques. En outre, la prépondérance de certains arbustes pionniers généralement indicateurs des forêts tropicales africaines secondarisées, serait un indicateur d’une perturbation anthropique récente qui pourrait être attribuée à cette instabilité sociopolitique. La mise en place d’une politique nationale de réhabilitation des anciens emplacements des camps ainsi que la restauration des espèces menacées s’avèrent par conséquent indispensables./Nowadays, tropical zones are characterized by a catastrophic decline of forest ecosystems areas which play however an important role in climate regulation and biodiversity conservation. There are numerous and complex causes of deforestation. Even if agriculture is one of the main causes of deforestation in most tropical regions, sub-saharan Africa is known to have exceptional influences related to social conflicts that led to a massive flow of refugees or internal displaced population. In Burundi, socio-political instability which occurred in 1993 also led to massive waves of displaced people, essentially farmers. A part of them fled to foreign countries whereas others were kept gathered in camps throughout the country. The present study aims to analyze the land cover spatiotemporal dynamics in south and southeast of Burundi and is particularly focused on the influence of this population forced to migrate. Dynamics and plant diversity of Bururi forest located in this anthropogenic landscape were also investigated. The study combines six Landsat multispectral satellite images analysis with fielding observations. The study highlights an increase in natural vegetation disturbance by anthropogenic activities over time. The negative impact of socio-political instability has been demonstrated by an anthropization decrease when the distance from the camps increases. It is also confirmed by a high anthropogenic pressure in the camp’s surrounding zone during the period that followed the outbreak of the socio-political instability than in previous years. This result confirms that displaced population camps have significantly contributed to the land cover dynamic in the south and southeast of Burundi. Agricultural and domestic firewood collecting activities in camp’s surrounding zone are the main causes of deforestation during instability period. The observed plant species abundance distribution in Bururi forest was found similar to the log series model which also suggests the impact of disturbance on the plant abundance distribution despite the status of this ecosystem as protected area. The spatial aggregation of some of its tree species would be considered as a consequence of anthropogenic disturbance. In addition, the observed pioneer shrubs usually characteristics of secondary African tropical forests can be considered as anthropogenic recent disturbance indicators and would be attributed to the socio-political instability impact. This study recommends the establishment of a national rehabilitation policy of those disturbed zones around the camps and restoration of endangered plant species. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished