Le lac Trois-Lacs reçoit des sédiments et de [i.e. des] nutriments en provenance de son bassin versant, il en résulte des pertes pour la population locale en termes d'économie et de qualité de vie. Les causes en sont multiples, l'agriculture qui est très présente sur le territoire et la perte de milieux humides contribuent certainement à cette problématique. L'objectif principal de cette étude est de développer une démarche analytique multi-échelles alliant la gestion des milieux humides et celle des problématiques agricoles liées à l'eau pour améliorer la qualité de l'eau dans le lac et son bassin versant. Dans un premier temps, l'analyse du bassin versant est effectuée dans le but d'en faire ressortir : (1) les sous-bassins versants prioritaires pour les interventions de mitigation, (2) les complexes de milieux humides à prioriser pour la conservation et (3) des sites potentiels de restauration de milieux humides. L'étape suivante, à une échelle plus fine, consiste à réaliser un diagnostic détaillé de chacun des sous-bassins versants prioritaires. Ce diagnostic inclut le calcul de l'indice de qualité de la bande riveraine, l'identification de parcelles à risque d'érosion et de points d'érosion potentielle ainsi que la sélection de sites pour la restauration de milieux humides. L'analyse du bassin versant a permis de faire ressortir 12 sous-bassins versant [i.e. versants] prioritaires parmis [i.e. parmi] les 32 présents dans le bassin versant et d'identifier 20 complexes de milieux humides pour la conservation. Les diagnostics détaillés des 12 sous-bassins prioritaires fournissent de l'information pertinente à l'implantation de meilleures pratiques de gestion ainsi qu'à la restauration de bandes riveraines et de milieux humides. Ils ont permis de localiser 239 parcelles à risque élevé d'érosion et 87 parcelles à risque moyen ainsi que 132 points d'érosion potentielle. Au total, 71,4 km de bandes riveraines ont été caractérisées comme ayant un indice de qualité très faible et 65,4 km faible. La méthodologie permet de mettre à profit les forces de chacune des échelles et de compenser pour leurs faiblesses respectives. L'étude a mis l'accent sur l'agriculture, mais d'autres sources de pollution diffuse ou ponctuelle sont présentes dans le bassin versant et devraient également être l'objet d'analyses détaillées dans le futur.

Associée à d'autres techniques observationnelles, la polarimétrie dans le visible ou dans le proche infrarouge permet d'étudier la morphologie des champs magnétiques à la périphérie de nombreuses régions de formation stellaire. A l'intérieur des nuages molécualires la morphologie des champs est connue par polarimétrie submillimétrique, mais rarement pour les mêmes régions. Habituellement, il manque une échelle spatiale intermédiaire pour pouvoir comparer correctement la morphologie du champ magnétique galactique avec celle située à l'intérieur des nuages moléculaires. -- Cette thèse propose les moyens nécessaires pour réaliser ce type d'analyse multi-échelle afin de mieux comprendre le rôle que peuvent jouer les champs magnétiques dans les processus de formation stellaire. La première analyse traite de la région GF 9. Vient ensuite une étude de la morphologie du champ magnétique dans les filaments OMC-2 et OMC-3 suivie d'une analyse multi-échelle dans le complexe de nuages moléculaires Orion A dont OMC-2 et OMC-3 font partie. -- La synthèse des résultats couvrant GF 9 et Orion A est la suivante. Les approches statistiques employées montrent qu'aux grandes échelles spatiales la morphologie des champs magnétiques est poloïdale dans la région GF 9, et probablement hélicoïdale dans la région Orion A. A l'échelle spatiale des enveloppes des nuages moléculaires, les champs magnétiques apparaissent alignés avec les champs situés à leur périphérie. A l'échelle spatiale des coeurs, le champ magnétique poloïdal environnant la région GF 9 est apparemment entraîné par le coeur en rotation, et la diffusion ambipolaire n'y semble pas effective actuellement. Dans Orion A, la morphologie des champs est difficilement détectable dans les sites actifs de formation d'OMC-2, ou bien très fortement contrainte par les effets de la gravité dans OMC-1. Des effets probables de la turbulence ne seont détectés dans aucune des régions observées. -- Les analyses multi-échelles suggèrent donc qu'indépendamment du stade évolutif et de la gamme de masse des régions de formation stellaires, le champ magnétique galactique subit des modifications de sa morphologie aux échelles spatiales comparables à celles des coeurs protostellaires, de la même façon que les propriétés structurelles des nuages moléculaires suivent des lois d'autosimilarité jusqu'à des échelles comparables à celles des coeurs. / Together with other observational methods, visible and near infrared polarimetry can help tu understand the morphology of magnetic fields in the neighborhood of several star-forming regions. inside molecular clouds, this morphology can be deduced with the help of submm polarimetry but rarely in the same regions. When both observational methods are used for the same region, there is a gap in the spatial scales to correctly compare the Galactic magnetic field with the magnetic field probed inside the clouds. -- This thesis proposes the necessary steps to make this type of multi-scle analysis and to better understand the role that can be played by magnetic fields in stellar formation regions. The GF 9 region is the first region analysed with this method. Then, a study of the morphology of the magnetic field located in filamentary molecular clouds OMC-2 and OMC-3 is presented, followed by a multi-scale analysis of the Orion A region, the molecular cloud complex in which these clouds are embedded. -- The results covering both regions can be summarized as follows. it is statistically shown that the large scale morphology of the field is poloidal in the GF 9 region, and probably toroidal in the Orion A complex. On the smaller spatial scale of the envelopes of the clouds, the magnetic fields appear to be aligned with the fields at their periphery. On the spatial scale of the cores, the poloidal magnetic field located in the vicinity of GF 9 is apparently twisted and entrained by the rotation of the core and ambipolar diffusion does not seem to be effective at the present time. In Orion A, the morphology of the fields can hardly be probed in active sites of stellar formation in OMC-2, and is strongly constrained by the effects of gravity in OMC-1. There is no evidence for turbulence in all the observed regions. -- All in all, the multiscale analyses suggest that independently of the evolutionary state or of the range in mass of the star-forming regions, the magnetic field morphology is significantly affected on spatial scales similar to those of cores, in the same way that molecular clouds properties remain self-similar down to the spatial scales similar to those of cores. / Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada

Nous avons consacré cette thèse à l'étude des différents processus non-linéaires de l'interaction rayonnement-matière et en particulier à la génération des solitons de gap dans les milieux non-linéaires à bandes interdites. Dans la première partie nous avons utilisé un modèle semi-classique de Maxwell-Bloch pour décrire l'interaction d'un milieu à deux niveaux quantiques avec charges avec un champ électromagnétique classique à travers la densité de population, qui est à l'origine même de la non-linéarité. Le couplage non-linéaire qui en résulte génère des phénomènes particulièrement intéressants (génération et diffusion des solitons de gap) à la résonance, quand la pulsation du champ appliqué est proche de la fréquence de transition du milieu à deux niveaux. La dynamique non-linéaire observée numériquement est expliquée à l'aide d'un modèle de Schrödinger non-linéaire dans un potentiel lié aux charges du milieu. La deuxième partie concerne l'étude théorique de la dynamique des solitons quadratiques dans les amplificateurs paramétriques optiques (OPA). Les équations décrivant l'interaction à trois ondes dégénérée dans un cristal biréfringent non-linéaire ont été établies en prenant en compte la diffraction transverse et le walk-off spatial. Nous avons proposé une méthode pour résoudre le problème ardu de la détermination du seuil de supratransmission non-linéaire dans les OPA et nous avons généralisé les résultats obtenus à une grande classe de systèmes non-linéaires non-intégrables à composantes multiples.

L'entretien des voies navigables en France nécessité des opérations régulières de curage des sédiments. Ces boues de dragage ont parfois été déposées sur des sols nus, sans précaution préalable ou traitement. Cela peut poser des problèmes environnementaux (présence de polluants métalliques), surtout lorsque les sédiments proviennent de zones industrielles et minières comme c'est le cas pour le site étudié (Nord-Pas-de-Calais). L'un des risques principaux est le transfert d'éléments traces métalliques (ETM) dans le sol sous-jacent jusqu'à la nappe. L'objectif de cette étude est d'identifier et de caractériser les porteurs minéralogiques des ETM (limités ici à Zn et Pb) en combinant diverses techniques analytiques chimiques et spectroscopiques. Dans ce travail, nous montrons que dans le cas d'un matériau complexe comme l'anthroposol étudie, il est important d'avoir une approche méthodologique multi-échelle. Pour mener à bien cette étude, nous avons donc réalisé des analyses sur le terrain, des mesures en laboratoire (extractions chimiques séquentielles, DRX, MEB, MSE) et des expériences sur synchrotron (principalement XRF et XANES). Nous avons pu identifier différentes phases porteuses de Zn et Pb, mais nous n'avons pas observe d'évolution nette en fonction de la profondeur. Nous donnons pour finir, diverses pistes pour continuer ce travail.

L’entretien des voies navigables en France nécessité des opérations régulières de curage des sédiments. Ces boues de dragage ont parfois été déposées sur des sols nus, sans précaution préalable ou traitement. Cela peut poser des problèmes environnementaux (présence de polluants métalliques), surtout lorsque les sédiments proviennent de zones industrielles et minières comme c’est le cas pour le site étudié (Nord-Pas-de-Calais). L’un des risques principaux est le transfert d’éléments traces métalliques (ETM) dans le sol sous-jacent jusqu’à la nappe. L’objectif de cette étude est d’identifier et de caractériser les porteurs minéralogiques des ETM (limités ici à Zn et Pb) en combinant diverses techniques analytiques chimiques et spectroscopiques. Dans ce travail, nous montrons que dans le cas d’un matériau complexe comme l’anthroposol étudie, il est important d’avoir une approche méthodologique multi-échelle. Pour mener à bien cette étude, nous avons donc réalisé des analyses sur le terrain, des mesures en laboratoire (extractions chimiques séquentielles, DRX, MEB, MSE) et des expériences sur synchrotron (principalement XRF et XANES). Nous avons pu identifier différentes phases porteuses de Zn et Pb, mais nous n’avons pas observe d’évolution nette en fonction de la profondeur. Nous donnons pour finir, diverses pistes pour continuer ce travail. / Sediments originating from periodic dredging of waterways were traditionally deposited on soil without specific precaution or planed treatments. It may be of environmental concern especially when they came from areas historically contaminated with metallic pollutants like in the north French coal basin which is also well industrialised. The main risk is a migration Metallic Trace Elements (MTE) in the underlying soil and groundwater. This study aims to identify and characterise the mineralogical bearing phases of the MTE (limited here to Zn et Pb) by combining various techniques, analytical, chemical and spectroscopic. In this work, we show that in the case of a complex material as our studied anthroposol, it is important to have a multi-scale. Then, we have carried out field analyses, laboratory studies Sequential chemical extraction, XRD, SEM and EPMA) and synchrotron radiation experiment (mainly XRF and XANES). We have indentified various bearing phases of Zn and Pb, but we didn’t observe any clear evolution as a function of the depth. To conclude, we give several directions for completing this work.

Nos travaux ont été motivés par un problème pratique visant à étudier et à développer une méthode générale pour détecter les vaisseaux sanguins à partir de cinéangiographies. Il s'agit donc d'obtenir une bonne modélisation des vaisseaux, i.e. une caractér isation précise de leurs lignes centrales et de leurs diamètres. Une solution à cette problématique consiste à générer un espace multi-échelles qui grâce à ses différents niveaux de détails permet de traiter des artères de diamètres divers. Ces méthodes sont généralement mises en oeuvre en utilisant le formalisme des équations aux dérivées partielles (EDP) et celui de la géométrie différentielle. Les contributions de cette thèse sont multiples. Nous centrons tout d'abord nos travaux théoriques autour des traitements relatif s à la résolution des EDP en considérant ces traitements sous l'angle des méthodes itératives dites de recherche de point fixe. Ensuite, nous résolvons l'équation de la chaleur par une méthode de résolution à pas adaptatif originale, dite lambda-résolution. Ceci nous permet, en contrôlant la vitesse de convergence du processus, d'obtenir un filtre de diffusion isotrope, qui a la particularité de préserver les contours. Nous utilisons alors ce processus à des fins de débruitage et de segmentation d'images en niveaux de gris et couleur. Par ailleurs, nous introduisons une nouvelle EDP de rehaussement d'images, inspirée des filtres de choc et de la morphologie mathématique que nous couplons à l'analyse multi-échelles précédente de manière à obtenir un filtre de restauration d'images. Par la suite, la définition de courbures d'images vectorielles nous permet de proposer à la fois, une nouvelle {sc EDP} de lissage par courbure moyenne et une nouvelle méthode de détection des lignes centrales que nous appliquons sur des images couleur. Finalement, nous présentons une stratégie de détection multi-échelles des lignes centrales et des contours de l'arbre coronarien.

Dans une première partie, nous présentons des équations de Saint-Venant. Sur le modèle proprement dit, nous remarquons tout d'abord que, suivant le lien entre la viscosité et le rapport des échelles caractéristiques, il est indispensable de conserver l'expression complète de la force de Coriolis : nous obtenons ainsi un nouveau modèle, avec un "effet cosinus". Nous montrons alors que les preuves d'existence de solutions faibles peuvent être adaptées à ce nouveau système. Des simulations numériques de certaines ondes soulignent l'importance de ce terme. Nous étudions ensuite l'influence des conditions limites (surface, fond) sur des modèles de type Saint-Venant. Nous présentons également des modèles obtenus en utilisant des échelles multiples en espace et en temps. Enfin, nous analysons théoriquement et numériquement un nouveau modèle de sédimentation puis nous donnons certains résultats pour les fluides visco-plastiques.<br />Dans une deuxième partie, nous nous intéressons aux équations limites que sont les équations quasi-géostrophiques (QG) et les équations des lacs. L'étude numérique des équations QG 2d nous permet de voir le rôle de l'effet cosinus de la force de Coriolis. En fonction de la topographie considérée, nous montrons que celui-ci peut être non négligeable. Toujours sur les équations QG, nous donnons un schéma, basé sur des développements asymptotiques, qui permet de bien capter la couche limite mais aussi d'ajouter le terme de topographie à la solution obtenue avec fond plat, sans refaire tous les calculs. Enfin, nous expliquons l'obtention des équations des lacs avec effet cosinus, et nous prouvons que les propriétés d'existence de solutions restent valables.

Le constat actuel d’une perte de biodiversité est largement partagé au sein de la communauté scientifique mais également auprès du public et du monde politique. L’attention portée depuis plus d’une décennie aux changements climatiques et à leurs effets sur la biodiversité a parfois conduit à négliger le principal facteur d’érosion de la biodiversité : la destruction des habitats. Le but de cette thèse est d’étudier les relations entre espèces et habitats avec un focus particulier sur différentes composantes de ces relations.La thèse aborde ainsi dans une première partie l’histoire et l’évolution du concept d’habitat en écologie et met en évidence une construction complexe de ce concept. Celle-ci montre par exemple une dichotomie autour de la définition du concept d’habitat avec une approche espèce-centrée d’un côté et une approche communauté-centrée de l’autre. Ces deux définitions se retrouvent aujourd’hui avec divers degrés d’importance dans leur utilisation selon les différents acteurs de la conservation, des scientifiques aux politiques. Ensuite, au travers du prisme de l’écologie du paysage, la thèse s’intéresse aux problématiques des échelles spatiales via une étude sur la distribution d’espèces d’arthropodes dans les paysages métropolitains. Les résultats mettent en évidence que les échelles spatiales de réponses des espèces aux mesures du paysage sont très variables et ceci indépendamment de la représentation choisie du paysage. La théorie prédirait pourtant une certaine cohérence en fonction par exemple de certains traits écologiques. Ainsi, l’échelle spatiale de relations des espèces avec le paysage, qui est considérée comme l’échelle de perception et d’interaction des espèces avec le paysage, semble difficile à caractériser en utilisant les méthodes habituellement appliquées en écologie des paysages. La relation entre espèces et habitats peut se quantifier via les mesures de spécialisation. Nous avons taché de comprendre comment les espèces dites spécialistes se répartissent le long d’un gradient continu d’habitat et en particulier le rôle des environnements hétérogènes dans ces patrons de spécialisations. Dans ce cadre théorique, l’hypothèse de complémentation, qui stipule que certaines espèces ont besoin d’une certaine hétérogénéité environnementale, n’a pas pu être vérifiée. En effet, même si certaines espèces présentent des affinités particulières pour ces milieux hétérogènes, elles n’en sont pas pour autant spécialistes. Ces espèces semblent plutôt des généralistes qui sont exclues des milieux plus homogènes où l’on retrouve plus fréquemment des espèces spécialistes, plus compétitives. Ces résultats permettent d’apporter un éclairage nouveau sur les règles d’assemblages des communautés d’espèces, en particulier le long d’un gradient continu d’habitat. Finalement, l’implication du concept d’habitat dans les politiques publiques de conservation a été étudiée en menant une évaluation du volet « habitat » de la Directive Habitats européenne. Différents critères, touchant autant à l’application qu’à la construction, à la légitimation et aux aboutissements de la directive en matière de conservation ont été utilisés pour cette évaluation. A travers des exemples concrets et l’analyse du corpus bibliographique, ce travail a permis identifier d’importantes lacunes de connaissances au sein de la directive qui entravent ces critères. Ce travail met finalement en évidence un découplage entre les aspects scientifiques et leurs applications dans la directive et questionne l’opportunité d’utiliser le niveau habitat pour répondre à des problématiques de conservation. En conclusion, ce travail de thèse, axé sur le concept d’habitat, a permis d’identifier certaines complexités, théoriques ou appliquées, qui peuvent entraver une meilleure compréhension des relations entre espèces et habitats et il offre des pistes pour mieux les appréhender et pousse ainsi à penser autrement ces relations. / The loss of biodiversity is largely acknowledged by the scientific community but also by the public and politicians. Most research on biodiversity loss is focused on climate change effects, and neglects the main factor of biodiversity loss: habitat destruction. The aim of this thesis is to study species-habitats relationships with a particular focus on the different components of these relationships. In a first part, the thesis deals with the history and the evolution of the concept of habitat in ecology. Particularly, it highlights a complex construction of this concept. For instance, the analysis shows a dichotomy around the definition of the concept of habitat with on one hand, a species-centered approach and on the other hand, a community-centered approach. These definitions are still used nowadays by the different actors of conservation, from scientists to politicians, but with different degrees of importance. Then, through the prism of landscape ecology, the thesis is interested in spatial scale issues via a study of arthropods species distribution in French landscapes. Results show that the spatial scales of species responses to landscapes measures are highly variable. This result holds true whatever the representation of landscape used in the analysis. However, theory would predict some consistencies in spatial scales of response, for example in relation to ecological traits of species. Hence, the spatial scale of relationship between a species and its landscape, which is considered as the scale of perception and interaction of the species with its environment, seems difficult to characterize using usual methodology developed in landscape ecology. Species-habitats relationships can be quantified using specialization measurement. In the next part of the thesis, we try to understand how specialist species are spread along a continuous gradient of habitat and in particular, the role of heterogeneous environments in driving observed patterns of specialization. In this theoretical context, the hypothesis of complementation, which states that particular species need some environmental heterogeneity to strive, cannot be verified. Even if some species prefer heterogeneous landscape, they cannot be classified as specialists. These species seems to be generalists that are excluded from more homogeneous landscape due to competition rather than real specialists that are more often found in these landscapes. These results shed a new light on rules of assemblage of species communities, particularly along a continuous gradient of habitat.Finally, in a last part, the importance of the concept of habitat in conservation public policies is studied. An evaluation of the “habitat” part of the European Habitats Directive is proposed. Different criteria, related to the application, construction, legitimacy and outcomes of the directive were used to evaluate the policy. Through some concrete examples and an extensive literature analysis, this work allows identifying important knowledge gaps in the directive that imped evaluation criteria. Results show a discrepancy between scientific aspects and their application in the directive, questioning the opportunity to use the habitat level to answer to conservation issues. To conclude, this thesis, focused on the concept of habitat, allows identifying important theoretical and applied knowledge gaps that imped a better understanding of species-habitats relationships. This work offers new perspectives and challenges the way we usually think, as scientists, these relationships.

Ce travail est basé sur le constat du manque de méthodes permettant l'analyse intégrée des processus contrôlant le développement végétatif d'Arabidopsis thaliana dans les études phénotypiques multi-échelles. Un phénotypage préliminaire de la croissance foliaire de 91 génotypes a permis de sélectionner 3 mutants et des variables d'intérêt pour une étude plus poussée du développement de la pousse. Un pipeline de méthodes d'analyses combinant techniques d'analyse d'images et modèles statistiques a été développé pour intégrer les mesures faites à l'échelle de la feuille et de la pousse. Des modèles multi-phasiques à changements de régime semi-markovien ont été estimés pour chaque génotype permettant une caractérisation plus pertinente des mutants. Ces modèles ont validé l'hypothèse selon laquelle le développement de la rosette peut être découpé en une suite de phases de développement, pouvant varier selon les génotypes. Ils ont aussi mis en évidence le rôle structurant de la variable «trichome abaxial», bien que les phases de développement ne puissent être entièrement expliquées par ce trait. Un 2nd pipeline d'analyses combinant une méthode semi-automatique de segmentation d'images de l'épiderme foliaire et l'analyse des surfaces de cellules par un modèle de mélange de lois gamma à paramètres liés par une loi d'échelle a été développé. Ce modèle nous a permis d'estimer la loi du nombre de cycles d'endoréduplication. Nous avons mis en évidence que cette loi dépendait du rang de la feuille.Le cadre d'analyses multi-échelles développé et testé durant cette thèse devrait être assez générique pour être appliqué à d'autres espèces végétales dans diverses conditions environnementales. / This study is based on the observation of a lack of methods enabling the integrated analysis of the processes controlling the vegetative development in Arabidopsis thaliana during multi-scale phenotypic studies. A preliminary leaf growth phenotyping of 91 genotypes enabled to select 3 mutants and different variables of interest for a more in depth analysis of the shoot development.We developed a pipeline of analysis methods combining image analysis techniques and statistical models to integrate the measurements made at the leaf and shoot scales. Semi-Markov switching models were built for each genotype, allowing a more thorough characterization of the studied mutants. These models validated the hypothesis that the rosette can be structured into successive developmental phases that could change depending on the genotype. They also highlighted the structuring role of the ‘abaxial trichomes' variable, although the developmental phases cannot be explained entirely by this trait. We developed a second pipeline of analysis methods combining a semi-automatic method for segmenting leaf epidermis images, and the analysis of the obtained cell areas using a gamma mixture model whose parameters of gamma components are tied by a scaling rule. This model allowed us to estimate the mean number of endocycles. We highlighted that this mean number of endocycles was function of the leaf rank.The multi-scale pipeline of analysis methods that we developed and tested during this PhD should be sufficiently generic to be applied to other plant species in various environmental conditions.

Un laser à fibre de puissance dans une configuration à gestion de dispersion a été réalisé. Le laser est à verrouillage de modes passif par Rotation Non-Linéaire de la Polarisation (RNLP). La disponibilité de fortes puissances de pompage nous a permis de générer une grande diversité de régimes à impulsions multiples. Ces régimes multi-impulsionnels sont caractérisés par des dynamiques riches et variées : multi-stabilité et phénomène d'hystérésis ; évolution analogue à une transition de phase de la matière ; génération d'un gaz, d'un liquide, d'un colloïde et d'un cristal de solitons . . . etc. Les expériences ont été réalisées avec un laser à fibre à double gaine dopée à l'erbium. La dispersion totale de la cavité est ajustée par un tronçon de fibre à dispersion décalée. Le laser fonctionne soit en régime à impulsion étirée (dispersion totale normale) soit en régime solitonique (dispersion totale anormale). Sur le plan théorique et pour mieux comprendre le fonctionnement et les dynamiques inhérentes à notre système, deux modèles ont été développés. Nous donnons une analyse théorique détaillée de la génération d'un réseau de solitons liés ("cristal" de solitons). Cette structuration spontanée est décrite théoriquement au moyen d'une approche multi-échelles de la dynamique du gain : l'évolution d'un petit excès de gain est responsable de la stabilisation d'un train périodique d'impulsions, alors que l'évolution lente de la valeur moyenne du gain explique la longueur finie de ce train de solitons, qui n'est à cette échelle que quasi-périodique. Cette analyse permet de calculer le nombre d'impulsions formant le train à partir des paramètres physiques du laser.