Au cours des dernières années, l'augmentation de la production aquacole a nécessité un changement dans la composition des aliments pour poissons, pour remplacer la farine (FP) et l’huile de poisson (HP) par des sources végétales plus disponibles. Dans ce contexte, le travail de ma thèse avait pour but d'analyser les effets d’une substitution totale et concomitante de la FP et HP par des ingrédients végétaux dans les aliments distribués pendant tout le cycle de vie de la truite arc-en-ciel, de la première alimentation jusqu’à la reproduction. Ce travail a montré pour la première fois que la truite peut survivre, se développer et avoir une descendance viable, lorsqu’elle est nourrie tout au long de son cycle de vie avec un régime 100% végétal. Un tel remplacement alimentaire a entraîné des changements radicaux dans le profil en acides gras des tissus des femelles. Cependant, nous avons constaté que la truite était capable de synthétiser des acides gras polyinsaturés à longue chaîne n-3 (AGPI-LC n-3) à partir de précurseurs présents dans l'aliment, et de stocker dans les ovules une partie de ces acides gras néosynthétisés dans le foie , permettant ainsi une reproduction efficace. Nous avons également étudié les possibles effets trans-générationnels d’une alimentation 100% végétale des géniteurs, sur la survie et la croissance de la descendance et sur sa réponse à différents régimes aux stades précoces, en nous appuyant sur des analyses du transcriptome des alevins entiers. Aucun effet significatif de l’alimentation maternelle avec des régimes à base de végétaux n’a été observé sur les descendants avant leur première alimentation, à l'exception d'un poids corporel légèrement inférieur (-13%) à celui des descendants de femelles nourries avec un aliment contenant des FP et HP. En revanche, des effets significatifs de l'alimentation maternelle sur le transcriptome des alevins sont apparus après 3 semaines d'alimentation. L'histoire nutritionnelle de la mère a affecté principalement des gènes impliqués dans la croissance/contraction musculaire et dans les métabolismes énergétique et glucidique. Quelle que soit l'origine maternelle, l’alimentation des alevins avec des aliments contenant des ingrédients végétaux conduit à une régulation positive des gènes impliqués dans le métabolisme des AA/protéines et le métabolisme du cholestérol, ainsi qu’à des changements dans l'expression des gènes impliqués dans le métabolisme glucidique. Enfin, les effets à long-terme de régimes à base de matières premières végétales chez la truite arc-en-ciel ont également été étudiés chez les juvéniles (10g) et les poissons «en croissance» (250-350g), en se focalisant principalement sur l’expression des gènes dans l’intestin et le foie. Cette étude à long-terme a mis en évidence chez les juvéniles des effets subtils sur des gènes intestinaux et hépatiques (transcriptome), avec principalement une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans les voies de synthèse des AGPI-LC et du cholestérol chez les poissons nourris avec des régimes à base de plantes. Ces changements d’expression ont été maintenus chez les poissons «en croissance». L'expression de gènes impliqués dans le catabolisme des protéines, le métabolisme des glucides et dans le transport intracellulaire a également été modifiée par les régimes à base de plantes chez les juvéniles, mais ces résultats ne sont pas entièrement confirmés chez les poissons «en croissance». L'ensemble des résultats de cette thèse fournissent des informations originales sur l'utilisation de régimes alimentaires avec des taux de remplacement élevés de FP et d’HP pendant l'ensemble du cycle de vie des poissons, y compris les reproducteurs et les stades précoces, car la majorité des études précédentes avaient concerné la phase de grossissement. Des ajustements de la formule alimentaire sont encore nécessaires pour continuer à optimiser les performances de reproduction et la croissance des poissons d’élevage. / In the last years, the increase in aquaculture production has forced a change in fish feed composition, with increasing substitution of fish meal and fish oil by more available plant sources. In this context, the present PhD work aimed at analyzing the effects of different levels of concomitant dietary replacement of fish meal and fish oil by plant ingredients during the whole life cycle of rainbow trout (from first feeding to reproduction). This work showed for the first time that rainbow trout was able to survive, grow and produce viable offsprings, when fed a totally plant-based diet throughout the whole life cycle. Such dietary replacement resulted in drastic changes in tissues fatty acid profile of broodstock females. However, we found that trout was capable to synthetize n-3 long chain- polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) from dietary precursors and to transfer large amounts of these fatty acids in ova, so that an efficient reproduction can occur. We also studied the potential carry over generation effects of feeding broodstock a totally plant-based diet on progeny and their response to different diets at early stages, using molecular approaches, including the study of the whole body transcriptome. Considering the effects on progeny, the present study confirmed the capability of trout to survive and grow on a plant-based diet, but with slight differences in terms of weight. While no effects of maternal dietary background were observed before first feeding, except slightly lower body weight (-13%), significant effects on the transcriptome of whole body alevins appeared after 3 weeks of feeding. These effects of maternal nutritional history were mainly related to muscle growth/contraction and carbohydrate and energy metabolism. Irrespective of the maternal origin of progeny, first feeding diets containing plant ingredients resulted in up-regulation of genes involved in AA/protein and cholesterol metabolism, as well as in changes in the expression of genes involved in carbohydrate metabolism. Finally, the effects of long-term feeding trout plant-based diets were also studied in juveniles (10g) and ongrowing fish (250-350g), mainly focusing on intestine and liver gene expression. The long term trial in juveniles highlighted subtle effects on both intestinal and hepatic gene expression (transcriptome), mainly related to LC-PUFA and cholesterol biosynthetic pathways, which were enhanced in fish fed the plant based diets. This transcriptional pattern was maintained in ongrowing fish. Genes involved in protein catabolism, carbohydrate metabolism and trafficking were also affected by plant-based diets in juveniles, but these results were not fully confirmed in ongrowing fish. Overall, the results of the present thesis allowed extending the use of diets with high replacement rates of fish meal and fish oil to the whole life cycle of fish, including broodstock and early stages. Adjustments of the feed-formula are still needed to further optimize reproductive and growth performance.

Nous développons dans ce travail de thèse un outil de simulation numérique pour les matériaux à changement de phase (MCP), en tenant compte du phénomène de convection naturelle dans la phase liquide, pour des configurations en deux et trois dimensions. Les équations de Navier-Stokes incompressible avec le modèle de Boussinesq pour la prise en compte des forces de flottabilité liées aux effets thermiques, couplées avec une formulation de l’équation d’énergie suivant la méthode d’enthalpie, sont résolues par une méthode d’éléments finis adaptatifs. Une approche mono-domaine, consistant à résoudre les mêmes systèmes d’équations dans les phases solide et liquide, est utilisée. La vitesse est ramenée à zéro dans la phase solide, en introduisant un terme de pénalisation dans l’équation de quantité de mouvement, suivant le modèle de Carman-Kozeny, consistant à freiner la vitesse à travers un milieu poreux. Une discrétisation spatiale des équations utilisant des éléments finis de Taylor-Hood, éléments finis P2 pour la vitesse et éléments finis P1 pour la pression, est appliquée, avec un schéma d’intégration en temps implicite d’ordre deux (GEAR). Le système d’équations non-linéaires est résolu par un algorithme de Newton. Les méthodes numériques sont implémentées avec le logiciel libre FreeFem++ (www.freefem.org), disponible pour tout système d’exploitation. Les programmes sont distribués sous forme de logiciel libre, sous la forme d’une forme de toolbox simple d’utilisation, permettant à l’utilisateur de rajouter d’autres configurations numériques pour des problèmes avecchangement de phase. Nous présentons dans ce manuscrit des cas de validation du code de calcul, en simulant des cas tests bien connus, présentés par ordre de difficulté croissant : convection naturelle de l’air, fusion d’un MCP, le cycle complet fusion-solidification, chauffage par le bas d’un MCP, et enfin, la solidification de l’eau. / In this thesis we develop a numerical simulation tool for computing two and three-dimensional liquid-solid phase-change systems involving natural convection. It consists of solving the incompressible Navier-Stokes equations with Boussinesq approximation for thermal effects combined with an enthalpy-porosity method for the phase-change modeling, using a finite elements method with mesh adaptivity. A single-domain approach is applied by solving the same set of equations over the whole domain. A Carman-Kozeny-type penalty term is added to the momentum equation to bring to zero the velocity in the solid phase through an artificial mushy region. Model equations are discretized using Galerkin triangular finite elements. Piecewise quadratic (P2) finite-elements are used for the velocity and piecewise linear (P1) for the pressure. The coupled system of equations is integrated in time using a second-order Gear scheme. Non-linearities are treated implicitly and the resulting discrete equations are solved using a Newton algorithm. The numerical method is implemented with the finite elements software FreeFem++ (www.freefem.org), available for all existing operating systems. The programs are written and distributed as an easy-to-use open-source toolbox, allowing the user to code new numerical algorithms for similar problems with phase-change. We present several validations, by simulating classical benchmark cases of increasing difficulty: natural convection of air, melting of a phase-change material, a melting-solidification cycle, a basal melting of a phase-change material, and finally, a water freezing case.