Devant l'intérêt croissant pour l'environnement et la conservation de la biodiversité, comprendre les principaux mécanismes des cycles biogéochimiques ayant lieu dans les écosystèmes coralliens et lagonaires est une priorité. Un modèle 3D couplé physique-biochéochimique a été mis en place sur le lagon de Nouvelle-Calédonie (NC) : un 'hot spot' de biodiversité sous l'influence de divers forçages d'origines naturelles et anthropiques.Les interactions terre-lagon ont été abordées à travers l'étude d'un événement extrême La Nina (2008) qui cause de fortes précipitations, amenant d'importants apports dans le lagon.Les résultats du modèle fournissent une vue synoptique de la réponse biogéochimique-physique du lagon, mettant en évidence que la totalité du lagon fût impacté par les apports des rivières et un hydrodynamisme plus actif, où les concentrations en chlorophylle-a ont été doublées.L'interaction complexe océan-lagon a été abordée à travers la modélisation des processus d'upwelling du Sud Ouest (SO) de la NC. Quatre étés australs ont été simulés, mettant en évidence l'importance des processus d'upwelling qui représentent un important forçage de la production primaire au SO de la NC. Une analyse lagrangienne du transport a montré que les eaux issues de l'upwelling peuvent atteindre le lagon SO sous certaines conditions, un phénomène pouvant avoir des conséquences sur le recrutement larvaire et l'enrichissement du lagon. Le modèle 3D couplé est un outil robuste pour l'étude de cet environnement très variable et complexe. Il peut représenter une aide à la décision des managers ainsi qu'un support d'analyse et de planification d'échantillonnage aux scientifiques. / In view of increasing environmental awareness and biodiversity conservation, understanding the main forcing mechanism driving biogeochemical cycles in coral reefs and lagoon coastal areas is a priority. We used a 3D coupled 'on-line' physical-biogeochemical model on the New Caledonia lagoon : a hot spot of biodiversity under several forcing from climate to human origin.Interactions between land and lagoon were investigated through the study of an extreme event La Niña (2008) that caused heavy rainfalls and large organic and inorganic inputs in the lagoon.Model results provided a synoptic view of the lagoon biogeochemical-physical response, highlighting that the whole lagoon was impacted by river inputs and stronger hydrodynamics were the chlorophyll-a concentration was almost double.The complex interaction between the ocean and the lagoon was investigated through the modeling of the South Western (SW) wind-driven upwelling. Four austral summers (2005-2008) were simulated and results were found to be in good agreement with measured data reported in previous publications, highlighting that upwelling processes represent strong drivers of the primary production in the SW of NC. A Lagrangian transport analysis showed that oceanic upwelled waters were able to reach the South West lagoon under certain conditions, representing an important issue for larvae recruitment and lagoon enrichment. The 3D coupled on-line biogeochemical-physical model was a robust tool to study such complex and highly variable environment. It could represent a support for decision makers to manage coastal areas as well as for scientists to plan sampling strategy or to analyse cruise data.

Data from five research cruises performed between 1997 and 2001 were processed in order to investigate the potential for improving remote sensing algorithms in the Estuary and Gulf of St. Lawrence. Measured in situ parameters included concentration-dependent indicators of the three critical, optically-active constituents, chlorophyll, Coloured Dissolved Organic Matter (CDOM) and Suspended Particulate Matter (SPM). The radiometric dataset used to investigate different types of algorithms consisted of multi-band above-surface remote sensing reflectance (R[subscript rs]) estimates. These estimates were computed from downwelling surface irradiance and upwelling sub-surface radiance measurements acquired using a SeaWiFS Profiler Multichannel Radiometer (SPMR). The chlorophyll data varied from approximately 0.1 to 17.3 mg.m[superscript -3] in the study region which extended from stations near the Saguenay River to the outer extremes of the Gulf of St. Lawrence. The CDOM and SPM concentration indicators were lower in the Gulf compared to the Estuary. Moderate correlation between in situ measurements was found between chlorophyll and SPM, as well as between CDOM and SPM. Chlorophyll and CDOM were virtually uncorrelated. The standard SeaWiFS Case-I chlorophyll retrieval algorithm, OC4v4, was applied to SPMR data acquired over a significant number of sampling stations (N=169). Algorithm shortcomings were noted when the OC4v4 algorithm was applied directly to the study region. Specific shortcomings, the overestimation of low, and underestimation of high chlorophyll concentrations were consistent with previous findings in coastal regions and particularly with previous findings in the NW Atlantic and in high latitude regions. In addition, the algorithmic output was found to be fairly strongly correlated with CDOM and SPM. A perturbation approach, based on the analysis of residuals between OC4v4 estimates and in situ data, showed that the retrieved chlorophyll biases (overestimates) were dependent on SPM and CDOM (especially at low in situ chlorophyll concentrations). An analysis of the spectral parameters (band ratios and spectral slopes) with respect to in situ constituent concentrations showed that both band ratios and band slopes have a greater dependency on CDOM and/or SPM than on chlorophyll. This observation was supported by radiative transfer calculations which showed that the variability of the blue-to-green band ratios due to changes in CDOM and SPM concentrations could be greater than the variability due to changes in chlorophyll concentration. These findings showed that there was no adequate, single band-ratio algorithm for the remote sensing of chlorophyll in our study region. Systematic testing of a large combination of spectral parameters within the context of specific algorithmic formulations resulted in seven prescribed algorithms which provided slight to moderate improvement in the correlation coefficients and root mean square errors relative to in situ chlorophyll and significant decorrelation relative to CDOM and SPM parameters. In general, algorithms based on multiple spectral parameters were more accurate predictors of in situ chlorophyll. In addition to new algorithms, a set of previous algorithms developed by Jacques (2000) for a subregion of the Estuary were validated in the present study. This validation demonstrated a rather remarkable robustness of correlations between in situ and spectral parameters across time and for different types of instruments and measuring conditions. A relatively smaller number of matching SeaWiFS pixels (N=39) and in situ measurements were used to evaluate the performance of the SPMR-derived algorithms. The accuracy of all algorithms deteriorated when applied to satellite data (one possible reason being the shortcomings of the atmospheric correction algorithm, as underscored by the existence of negative values in the reflectance data). Nonetheless, the improvement of the two selected algorithmic formulations relative to the OC4v4 algorithm showed a certain robustness in the face of environmental influences such as atmospheric effects and sensor response variations. Model simulations showed significant shortcomings of the new algorithms in specific turbidity conditions. The selected algorithms were shown to achieve chlorophyll retrievals which were as good as or better than OC4v4 retrievals. Even though the APD<35% accuracy target of the SeaWiFS project could not be reached, new algorithms succeeded to decrease the APD of the remote estimations from 226% to 65% for SPMR data, and from 502% to 95% for SeaWiFS data. In general, our findings showed that the selected algorithmic formulations had the potential for improving chlorophyll retrieval in the St. Lawrence Estuary and Gulf."--Résumé abrégé par UMI.

Les progrès effectués dans le domaine des instruments optiques permettent d’envisager désormais de placer des capteurs à moyenne résolution spatiale et haute résolution spectrale sur des orbites géostationnaires ce qui permettrait d’observer la Terre à la fois avec une moyenne résolution spatiale, une bonne résolution spectrale et une haute résolution temporelle, ce que ne permettent pas les satellites héliosynchrones. L'objectif de cette thèse est donc de simuler les images en luminance qui seraient acquises par un capteur géostationnaire hypothétique dédié à l'observation de la couleur de l'océan, afin de caractériser les images qui seraient acquises, de spécifier les futurs instruments et de valider des algorithmes de traitement sur des images réalistes. Pour parvenir à simuler les luminances spectrales qui seraient mesurées par le capteur, nous avons combiné les modèles de transfert radiatif directs de l'eau (Hydrolight) et de l'atmosphère (MODTRAN). Les données d’entrée d’Hydrolight ont été déduites des données provenant des cartes climatologiques de GlobColour (chlorophylle, matières minérales et organiques en suspension) pour simuler des images de couverture globale (Global Area Coverage) d'un capteur géostationnaire à basse résolution spatiale, moyenne résolution spectrale et haute résolution temporelle. L'analyse de ces images permet de déterminer la gamme de luminances pour chaque bande spectrale et pour différentes acquisitions au cours de la journée. Les résultats indiquent aussi les limites angulaires pour éviter le phénomène du sunglint et pour assurer un niveau minimum de luminance provenant de l'eau, contenu dans le signal mesuré. Les images en luminance ainsi simulées ont permis d’évaluer aussi la performance d’un algorithme d'estimation de concentration en chlorophylle de rapport de bandes dans les eaux au large. Les résultats montrent que l'erreur d'estimation est moyennement sensible aux angles d'observation et d’éclairement, importants dans les images géostationnaires. / Improvements of optical sensors now make it possible to launch medium spatial and high spectral resolution sensors on the Geostationary Earth Orbit (GEO). The GEO allows sensors to observe the Earth with high temporal resolution, unlike Low Earth Orbit (LEO) satellites. The objective of this thesis is to simulate radiance images that would be provided by a theoretical ocean color sensor, on a geostationary orbit, in order to characterize the images to be acquired, to specify the future instruments and to validate the image processing algorithms. For this purpose, we have combined a radiative transfer model for ocean waters (Hydrolight) and a radiative transfer model for the atmosphere (MODTRAN) to obtain simulated radiance images at the sea surface level and at the Top-Of-Atmosphere (TOA) level. The inputs of Hydrolight have been deduced from GlobColour Project data (chlorophyll, mineral suspended matter and organic matter) to simulate the Global Area Coverage (GAC) images of a geostationary sensor with low spatial resolution, medium spectral resolution and high temporal resolution. The analysis of these images enables to determine the radiance dynamic range for each spectral band over the day. The results indicate the angular limits to avoid the sunglint phenomenon and to ensure a minimum proportion of water leaving radiance in the measured TOA radiance. The simulated radiance images allow to evaluate the performance of an ocean color algorithm for chlorophyll concentration estimation in open waters. The results show that the error of chlorophyll estimation is moderately sensitive to observation and lighting angles, which are so important in geostationary images.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la paramétrisation de la distribution verticale de la biomasse et de la structure des communautés phytoplanctoniques dans l’océan global. Nous avons d’abord développé une méthode neuronale de calibration de la fluorescence en concentration en chlorophylle a ([Chl]) associée à la biomasse phytoplanctonique totale et à trois classes de taille de phytoplancton. Cette méthode, FLAVOR, a été entrainée et validée à l’aide une base de données de ~900 profils de fluorescence et de pigments mesurés pat HPLC. Une base de données globale de ~49000 profils de fluorescence a ensuite été assemblée et calibrée en termes de biomasse chlorophyllienne et composition du phytoplancton. Ce travail représente une première étape vers une vision tridimensionnelle de la biomasse phytoplanctonique. Nous avons ensuite développé deux réseaux de neurones (SOCA) pour estimer la distribution verticale de deux paramètres bio-optiques, [Chl] et le coefficient de rétrodiffusion. Ces réseaux de neurones requièrent comme données d’entrée des données satellites de couleur de l’eau co-localisées avec un profil hydrologique collecté par un flotteur Argo. Ils ont été entrainés et validés avec une base de données globale composée de ~5 000 profils de propriétés bio-optiques et hydrologiques acquises par des flotteurs Bio-Argo. Les bases de données utilisées pour développer les méthodes FLAVOR et SOCA proviennent de régions océaniques représentatives de l’océan global, permettant ainsi l’application de ces méthodes à la majorité des eaux océaniques. Finalement, nous avons mené une étude focalisée sur l’Atlantique Nord qui exploite les outils développés. Les champs tridimensionnels de biomasse obtenus, couplés à un modèle bio-optique de production primaire, permettent d’étudier les cycles saisonniers de la distribution verticale de la biomasse phytoplanctonique et de la production primaire dans différentes bio-régions de l’Atlantique Nord. / This PhD work focuses on the parameterization of the vertical distribution of phytoplankton biomass and community structure in the global open ocean. First we have developed a neural network-based method for the calibration of the fluorescence in chlorophyll a concentration [Chl] associated with the total phytoplankton biomass and with three phytoplankton size classes. This method, (FLAVOR for Fluorescence to Algal communities Vertical distribution in the Oceanic Realm), was trained and validated using a database of ~900 concomitant fluorescence and HPLC-determined pigment profiles. A global database comprising ~49 000 fluorescence profiles was assembled and calibrated with FLAVOR. The resulting database represents a first step towards a global three-dimensional view of phytoplankton biomass and community composition. Second, two neural networks (SOCA for Satellite Ocean Color and Argo data to infer vertical distribution of bio-optical properties) were developed to infer the vertical distribution of two bio-optical proxies of the phytoplankton biomass, [Chl] and the particulate backscattering coefficient, using as input satellite-derived products matched up with a hydrological Argo profile. The SOCA methods were trained and validated using a global database of ~5 000 profiles of bio-optical and hydrological properties collected from Bio-Argo floats with concomitant satellite products. The database used to develop FLAVOR and SOCA originates from various oceanic regions largely representative of the global ocean, making the methods applicable to most oceanic waters. Finally, we proposed a study dedicated to the North Atlantic where the tools developed in this thesis are used in conjunction with a bio-optical primary production model. This allows us to characterize the seasonal cycle of the vertical distribution of the phytoplankton biomass and primary production in various bio-regions of the North Atlantic.

L’industrie maraichère génère une quantité importante de sous-produits pouvant être valorisés pour leurs contenus en biomolécules. Les composés phytochimiques issus des fruits et des légumes présentent des effets bénéfiques sur la santé humaine et animale, comme le rapporte la littérature. Cependant, une des problématiques majeures actuelle est que l’extraction des molécules naturelles utilisent des solvants pétrochimiques, issus de sources fossiles non renouvelables et présentant une certaine toxicité pour l’environnement, les consommateurs et aussi les opérateurs. L’épinard est un légume feuillu riche en composés bioactifs tels que les polyphénols, la lutéine et la chlorophylle. Ces deux derniers présentent des effets antioxydants, anti-inflammatoire, anti-génotoxique majoritairement au niveau des yeux pour la lutéine et du côlon pour la chlorophylle. Le présent projet a donc pour objectif principal de développer un procédé d'extraction et de séparation de deux biomolécules d’intérêts, la lutéine et la chlorophylle, à partir de sous-produits d’épinard. L’efficacité d’extraction des différents procédés a été comparée à l'extraction totale traditionnelle des molécules avec des solvants organiques peu polaires. Trois procédés écologiques ont été optimisés : une extraction à l’eau et à l’éthanol, un procédé utilisant une saponification pour permettre la séparation de la lutéine et de la chlorophylle et une extraction au CO₂ supercritique. Une modélisation permettant la prédiction de la solubilité des molécules dans le solvant supercritique a également été réalisée afin de limiter et de valider les essais expérimentaux. Aussi, le procédé montrant les meilleurs résultats a fait l’objet d’une analyse technico-économique afin d’étudier sa faisabilité à l’échelle industrielle. Les résultats montrent que l’extraction à l’eau et à l’éthanol est efficace à 70% et à 96% pour extraire respectivement la lutéine et la chlorophylle en utilisant les paramètres retenus par le modèle statistique avec un rendement en matière de 1,4%. Toutefois, ce procédé nécessite de nombreuses étapes, de grands volumes de solvant et ne sépare pas la lutéine et la chlorophylle. Le procédé utilisant la saponification permet une séparation efficace de ces deux molécules, mais engendre d’importantes dégradations de la lutéine (récupération de 27% de lutéine avec un rendement en matière de 0,63%). Il utilise aussi de grandes quantités de solvant, de nombreuses étapes et est en plus dangereux pour le personnel (utilisation de NaOH). L’extraction par fluide supercritique permet quant à elle, avec les paramètres retenus par le modèle statistique, un rendement de 70% en lutéine et de 50% en chlorophylle avec un rendement en matière de presque 3%, sans inconvénient majeur. La modélisation de la solubilité, utilisant la théorie de Charles Hansen adaptée aux conditions supercritique, rejoint les résultats obtenus expérimentalement et de fait s’avère efficace pour la prédiction de la solubilité des biomolécules dans le solvant supercritique. L’extraction par fluide supercritique est donc une méthode de choix pour l’extraction de la lutéine et de la chlorophylle et répond à tous les principes de la chimie verte. Dans notre cas, l’addition d’un co-solvant est nécessaire pour augmenter la solubilité de nos molécules dans le solvant supercritique. L'ajout de co-solvants est connu pour augmenter les coûts de production et d’investissement du procédé supercritique. Ainsi, la simulation du procédé à l’échelle industrielle et son analyse économique ont permis de conclure quant à sa faisabilité et sa rentabilité à l’échelle industrielle. Les résultats ont montré un coût d’investissement total de 5 555 000 USD, avec un prix fixe d’investissement de 4 721 240 USD. Le coût de production annuel a été estimé à 1 800 000 USD, correspondant à un coût spécifique de 1700 USD par kg d’extrait produit. Les résultats ont donc montré que tous les procédés développés répondaient aux objectifs de départs en respectant les principes de la chimie verte appliquée à l’extraction de composés phytochimiques. Toutefois, les meilleurs résultats ont été obtenus avec l’extraction par fluide supercritique. Néanmoins, cette technologie s’avère très couteuse à mettre en place dans une industrie. De fait, le procédé vert le plus applicable à l’échelle industrielle et permettant une séparation de la lutéine et de la chlorophylle est le procédé utilisant une étape de saponification. / Industrial vegetable by-products contain high levels of valuable phytochemicals that can be used as a rich source of biomolecules. Phytochemical compounds from fruits and vegetables exhibit several benefits on human and animal health, as reported in the literature. However, the extraction of these natural molecules is still carried out using petrochemical harmful solvents, from non-renewables fossil sources exhibiting environmental, and health toxicity. Spinach is a leafy vegetable highly concentrated in bioactive compounds such as polyphenols, lutein and chlorophyll. The latter two exhibit antioxidant, anti-inflammatory, anti-genotoxic effects. The main objective of this project was to develop an extraction process technology for the recovery of two highly valuables biomolecules, lutein and chlorophyll, using spinach by-products and respecting the main principles of green chemistry. This work focused on the development and optimization of 3 ecological extraction and separation processes of these phytochemicals, using conventional green extraction methods with green solvents (water and ethanol, NaOH) and innovative technologies, supercritical CO₂. The extraction efficiency has been compared to the total extraction of lutein and chlorophyll obtained with petrochemical solvents. Solubility prediction of the studied molecules in the supercritical solvent was also carried out in order to decrease the experimental tests number and validate the results. Finally, a technical-economic analysis was performed in order to evaluate the feasibility of an industrial scal-up of the most promising developed process. A green extraction method, using ethanol and water as extraction solvents was developed in order to extract these plant compounds from spinach by-products. The optimal extraction parameters predicted were 93% ethanol concentration, for 4.3 h at 43°C and a solvent to raw material ratio of 1/66. These parameters gave a recovery of 96% of chlorophyll and 70% of lutein, along with an extraction yield of 1.4%. However, this process was not efficient for the separation of the two compounds and furthermore, used high amount of extraction solvents. A saponification in an aqueous medium was carried out to hydroxylate the ester bond of the aliphatic chain of chlorophyll. Through this process, using the Derringer’s desirability function, the optimal conditions for separation were 16 h of saponification, at 60°C and with 3.9% of sodium hydroxide. The process can be streamlined in a commercial extraction process for these compounds. However, the saponification step resulted in a significant degradation of lutein (only 27% of lutein was recovered, with an extraction yield of 0.63%). Using supercritical fluid extraction along with ethanol as modifier, the optimal extraction parameters allowed the recovery of 70% of the lutein and 50% of the chlorophyll, with a yield of almost 3% without major drawback. The supercritical fluid extraction is therefore a valuable method for extracting lutein and chlorophyll while complying to all green chemistry tenet. The addition of modifier for the extraction of these phytochemicals was needed, known to increase the capital and production cost of SC-CO2 process. Thus, process design and economic analysis of the process was studied to conclude about the viability and the feasibility of the eventual SC-CO2 proposed process for the replacement of conventional one for the recovery of spinach extracts rich in lutein and chlorophyll. The results exhibited a total cost of investment (TCI) of 5,555,000 USD, along with a fixed cost of investment (FCI) of 4,721,240 USD. The yearly production cost was estimated at 1,800,000 USD. The optimization of the optimum extraction conditions requires a critical analysis. The objective of this project was also to develop a predictive approach based on the Hansen solubility theory to ascertain and optimize the solubility of solutes, in supercritical carbon dioxide (SC-CO2). The predictive approach was then considered an efficient tool regarding the solubility of solutes in SC-CO2 and can be used to estimate the condition for solutes-SC-CO2 optimum miscibility in a wide range of pressure. Finally, we showed that processes developed in this project respected all the green chemistry principles applied to the extraction of phytochemicals and thus meet the objective of the project. The best results are obtained with supercritical fluid extraction. However, this technology necessitates high investment which can limit the profitability of the technique. We thus recommend to adopt a process using a saponification step for the separation of lutein and chlorophyll.

Parmi les contraintes abiotiques la salinité est considérée comme un problème majeur, qui affecte le fonctionnement des plantes, en particulier leur croissance et leur rendement. Afin d’étudier le contrôle génétique de la tolérance à la salinité chez Medicago truncatula, plante modèle de la famille des légumineuses, deux expérimentations ont été réalisées. La première expérimentation visait à étudier l’effet de la contrainte saline sur différents paramètres morpho-physiologiques pour un panel de génotypes de M. truncatula afin de déterminer les traits de phénotypage pour la tolérance à la salinité. Les génotypes A17, TN1.11, DZA315.16, A20, TN1.12 et F83005.5 ont été sélectionnés parmi des lignées originaires de différents pays méditerranéens, qui ont été déjà séquencées (http://www1.montpellierinra.fr/BRC-MTR/mauguio/mauguio.php). Les génotypes ont été étudiés sous 6 traitements salins (0, 30, 60, 90,120 et 150 mM NaCl) dans un essai factoriel sous forme de blocs complets aléatoires en trois répétitions. L’analyse de la variance montre des différences significatives entre les niveaux de salinité et une interaction entre les génotypes et les traitements salins concernant la plupart des caractères étudiés. Le génotype « DZA315.16 » présente les valeurs les plus importantes concernant les effets principaux pour les caractères morphologiques alors que « TN1.11 » présente les valeurs les plus faibles. La projection verticale de la surface foliaire de la plante (Leaf Area=LA), significativement corrélée à la biomasse des plantes, apparaît comme un trait d’intérêt pour le phénotypage de la tolérance à la salinité. La concentration saline la mieux adaptée pour démontrer les différences parmi les lignes étudiées se situe entre 90 et 120 mM NaCl. Le génotype « TN1.11 » contrairement à « DZA315.16 » et à « Jemalong-A17 » présente un maintien de la surface foliaire de la plante en réponse à la salinité. Pour la deuxième expérimentation, une population de cent lignées recombinantes (Recombinant Inbred Lines=RILs) produite par le croisement entre « TN1.11 » et « Jemalong-A17 » a été retenue pour l’analyse du contrôle génétique de la tolérance à la salinité. Les RILs ont été développés par la méthode de descendant mono graines (Single Seed descent= SSD) jusqu’ à la génération F6 à l’INP-ENSAT, France. Le plan d’experimentation est « Spli plots » , sous forme de blocs randomisés avec trois répétitions et deux conditions : traitement salin (100 mM NaCl) et témoin (eau). L’expérience a été menée pour déterminer la variabilité génétique et pour identifier les QTLs contrôlant les caractères morphologiques et physiologiques chez la population des lignées recombinantes (RILs). L’analyse de la variance a montré une large variation génétique et une ségrégation transgressive pour les caractères étudiés. La différence entre la moyenne des RILs et la moyenne de leurs parents n’est pas significative concernant tous les caractères étudiés dans les deux conditions, ce qui montre que les RILs utilisées dans notre expérimentation sont représentatives de toutes les lignées recombinantes possibles du croisement « TN1.11 x Jemalong-A17 ». 21 QTLs ont été détectés dans la condition témoin et 19 QTLs ont été identifiés sous contrainte saline (100 mM NaCl). Le pourcentage de la variance phénotypique expliqué par les QTLs varie entre 4.60% et 23.01%. Certains de ces QTLs sont spécifiques à la condition saline, ce qui démontre l’existence du contrôle génétique de la tolérance à la salinité chez M. truncatula ; tandis que les autres ne sont pas spécifiques et contrôlent un même caractère dans les deux conditions. Des QTLs superposés concernant différents caractères ont été aussi observés. Les résultats fournissent des informations importantes en vue de futures analyses fonctionnelles de la tolérance à la salinité chez M.truncatula et pour d’autres espèces voisines. / Among abiotic stresses salinity is considered as a serious problem affecting plant functions especially growth and yield. In order to study the genetic control of salt stress in the model legume Medicago truncatula, two experiments were performed. The first experiment was conducted to study the effect of salt stress on some morpho-physiological parameters in M. truncatula genotypes and to determine the eventual use of some traits as tolerance criteria. Genotypes including A17, TN1.11, DZA315.16, A20, TN1.12 and F83005.5 are selected through a sequenced lines collection (http://www1.montpellierinra.fr/BRC-MTR/mauguio/mauguio.php) which are originated from different Mediterranean countries. Genotypes were studied under 6 salinity treatments (0, 30, 60, 90,120 and 150 mM NaCl) in a factorial design based on randomized complete blocks with three replications. Analysis of variance show significant differences among genotypes, salinity levels and interaction between genotypes and salt treatments for most of studied traits. “DZA315.16” genotype presents the highest main effect values for morphological traits whereas”TN1.11” has low values. Vertically projected leaf area (LA); show the highest variability through all studied salt concentrations. The best concentration to find differences between parental lines is 90 to 120 mM Nacl. A segregating population of recombinant inbred lines (100 RILs) of M.truncatula derived from a cross between TN1.11 and Jemalong-A17 was used for the second experiment. RILs were developed by single-seed descent until F6 generation at the INP-ENSAT, France. The experiment was undertaken to determine the genetic variability and to identify QTLs controlling several traits related to plant growth and physiology, in the population of recombinant inbred lines (RILs). Analyses of variance showed a large genetic variation and transgressive segregation for the traits studied. The difference between the mean of RILs and the mean of their parents was not significant for all of the traits in both conditions, showing that the RILs used in our experiment are representative of the possible recombinant lines from the cross TN1.11 x A17. A total of 21 QTLs were detected under control and 19 QTLs were identified under 100mM salt stress conditions. The percentage of total phenotypic variance explained by the QTLs ranged from 4.60% to 23.01%. Some of the QTLs were specific for one condition, demonstrating that the genetic control of a traits differed under control and salt stress conditions. Some others are non-specific and control a trait in both conditions. Overlapping QTLs for different traits were also observed. The results provide important information for further functional analysis of salt tolerance in M. truncatula

Afin d'étudier les processus biogéochimiques de l'Océan Austral, des balises posées sur des éléphants de mer ont permis de récolter en 2009-2010 des profils de variables océanographiques (Chlorophylle a (Chl a), température, salinité, lumière) dans une zone s'étalant du sud des îles Kerguelen jusqu'au continent Antarctique. Cette thèse se penche en particulier sur les données de Chl a, car celle-ci est contenue dans les organismes photosynthétiques qui jouent un rôle essentiel de pompe à carbone. Mais les profils verticaux de Chl a, récoltés peu fréquemment, ne permettent pas d'obtenir une cartographie de cette variable dans cette zone de l'océan. Cependant, nous disposons de profils de lumière, échantillonnés plus souvent. L'objectif était alors de développer une méthodologie permettant de reconstruire de manière indirecte les profils de Chl a à partir des profils de lumière, et qui prenne en compte les caractéristiques de ce type de données qui se présentent naturellement comme des données fonctionnelles. Pour cela, nous avons abordé la décomposition des profils à reconstruire ou explicatifs sur une base de splines, ainsi que les questions d'ajustement associées. Un modèle linéaire fonctionnel a été utilisé, permettant de prédire des profils de Chl a à partir des dérivées des profils de lumière. Il est montré que l'utilisation d'un tel modèle permet d'obtenir une bonne qualité de reconstruction pour accéder aux variations hautes fréquences des profils de Chl a à fine échelle. Enfin, une interpolation par krigeage fonctionnel permet de prédire la concentration en Chl a de nuit, car les mesures de lumière acquises à ce moment-là ne peuvent pas être exploitées. / To study biogeochemical processes in the Southern Ocean, tags placed on elephant seals allowed to collect during 2009-2010 oceanographic variables profiles (Chlorophyll a (Chl a), temperature, salinity, light) in an area ranging from southern Kerguelen until the Antarctic continent. This thesis focuses on Chl a data as it is contained in photosynthetic organisms and these ones play an essential role in the oceanic carbon cycle. The infrequently collected vertical Chl a profiles don't provide a mapping of this variable in this area of the ocean. However, we have light profiles sampled more often. The aim of this thesis was then to develop a methodology for reconstructing indirectly Chl a profiles from light profiles, and that takes into account characteristics of this kind of data that naturally occur as functional data. For this, we adressed the profiles decomposition to rebuild or explanations on splines basis, as well as issues related adjustment. A functional linear model was used to predict Chl a profiles from light profiles derivatives. It was shown that the use of such a model provides a good quality of reconstruction to access high frequency variations of Chl a profiles at fine scale. Finally, a functional kriging interpolation predicted the Chl a concentration during night, as light measurements acquired at that time can't be exploited. In the future, the methodology aims to be applied to any type of functional data.

Dans les milieux aquatiques, les facteurs liés à l'hydrodynamique et au mélange aux échelles de la turbulence sont déterminants pour le transport des substances chimiques et des micro-organismes. Ce travail s'intéresse à ces phénomènes physiques et se situe à la frontière entre la limnologie physique et l'océanographie physique, au travers de l'étude de deux cas : le lac Pavin (Auvergne, France) et la région d'upwelling au large du Pérou. Un des intérêts de ce travail réside dans le changement d'échelle de l'observation de milieux naturels aquatiques allant de l'échelle millimétrique (étude de la microstructure dans le Lac Pavin) à l'échelle de la centaine de kilomètres (étude des ondes de Rossby). Le Lac Pavin est le seul lac méromictique français, ce qui signifie que le compartiment inférieur du lac ne se mélange pas annuellement. La méromicticité concerne pourtant bien d'autres bassins, plus connus et plus vastes comme la Mer Noire, la Mer Caspienne, le lac Baïkal, d'où son importance écologique. Sa méromicticité lui confère des propriétés physiques particulières, étudiées dans le cadre de cette thèse. L'étude de la variabilité du mélange diapycnal à différentes échelles de temps et d'espace dans le lac Pavin au travers de mesures de microstructure et de surveillance en continu des principaux paramètres physiques a conduit à mettre en évidence la variabilité de la stabilité de la colonne d'eau à l'échelle interannuelle. Par ailleurs, les propagations d'ondes internes de gravité sont étudiées dans ce cadre particulier à l'aide d'un modèle linéaire bidimensionnel. Elles génèrent des mouvements advectifs verticaux importants dans toute la colonne d'eau dont il faut tenir compte dans les protocoles d'échantillonnage chimiques ou biologiques. Enfin, une intrusion sous lacustre semble avoir une grande importance dans la détermination de la profondeur du mélange hivernal et le maintien de la méromicticité. La zone de l'upwelling du Pérou est parmi les plus poissonneuses au monde. Elle est caractérisée par une forte productivité primaire, observable par satellite. L'observation des ondes de Rossby a permis de mettre en évidence qu'elles génèrent plus de 50% de la variabilité observée à l'échelle intra saisonnière sur la concentration en chlorophylle de surface, à distance des côtes. Les ondes transportent la chlorophylle vers le large et participent à la détermination de l'extension de la zone de forte productivité primaire. A travers des mesures variées allant de la microstructure à l'observation satellite et grâce à l'utilisation de modèles conceptuels, la thèse met en évidence l'influence certaine des facteurs hydrodynamiques sur l'organisation des paramètres biogéochimiques de ces deux écosystèmes.

Les travaux ont été effectués sur le golfe du Lion. Ils présentent des résultats combinés de l'interprétation d'images de satellites, obtenues dans l'infrarouge thermique (capteur AVHRR) et dans le domaine visible (capteur CZCS) avec des connaissances historiques et des mesures recueillies simultanément en mer. Ils permettent, d'une part, d'estimer la forte variabilité spatio-temporelle de la zone de dilution rhodanienne, en particulier sous l'influence du vent local et du débit du fleuve, et, d'autre part, d'observer la formation hivernale d'eau profonde dans le golfe du Lion. L'évolution saisonnière des zones de production dans le golfe du Lion est suivie à l'aide d'images de la concentration relative en pigments chlorophylliens et de la température de la mer. Le traitement d'images du spectre visible du satellite METEOSAT II permet l'estimation mensuelle de l'éclairement solaire global au niveau de la mer.

Les progrès effectués dans le domaine des instruments optiques permettent d'envisager désormais de placer des capteurs à moyenne résolution spatiale et haute résolution spectrale sur des orbites géostationnaires ce qui permettrait d'observer la Terre à la fois avec une moyenne résolution spatiale, une bonne résolution spectrale et une haute résolution temporelle, ce que ne permettent pas les satellites héliosynchrones. L'objectif de cette thèse est donc de simuler les images en luminance qui seraient acquises par un capteur géostationnaire hypothétique dédié à l'observation de la couleur de l'océan, afin de caractériser les images qui seraient acquises, de spécifier les futurs instruments et de valider des algorithmes de traitement sur des images réalistes. Pour parvenir à simuler les luminances spectrales qui seraient mesurées par le capteur, nous avons combiné les modèles de transfert radiatif directs de l'eau (Hydrolight) et de l'atmosphère (MODTRAN). Les données d'entrée d'Hydrolight ont été déduites des données provenant des cartes climatologiques de GlobColour (chlorophylle, matières minérales et organiques en suspension) pour simuler des images de couverture globale (Global Area Coverage) d'un capteur géostationnaire à basse résolution spatiale, moyenne résolution spectrale et haute résolution temporelle. L'analyse de ces images permet de déterminer la gamme de luminances pour chaque bande spectrale et pour différentes acquisitions au cours de la journée. Les résultats indiquent aussi les limites angulaires pour éviter le phénomène du sunglint et pour assurer un niveau minimum de luminance provenant de l'eau, contenu dans le signal mesuré. Les images en luminance ainsi simulées ont permis d'évaluer aussi la performance d'un algorithme d'estimation de concentration en chlorophylle de rapport de bandes dans les eaux au large. Les résultats montrent que l'erreur d'estimation est moyennement sensible aux angles d'observation et d'éclairement, importants dans les images géostationnaires.