Le neurone est une cellule polarisée qui se divise en deux compartiments spécialisés : le compartiment somato-dendritique et le compartiment axonal. Généralement, le premier reçoit l'information en provenance d'autres neurones et le second génère un message en sortie lorsque la somme des entrées dépasse une valeur seuil au segment initial de l'axone. Ce signal de nature discrète appelé potentiel d'action (PA) est propagé activement jusqu'à la terminaison synaptique où il déclenche la transmission chimique de l'information. Cependant, la fonction axonale ne se résume pas à la simple transmission des séquences de PA à l'image d'un câble de télégraphe. L'axone est également capable de transmettre des variations continues de signaux électriques infraliminaires dit analogues et les combiner avec l'information digitale véhiculée par le PA. J'ai consacré la majorité de mon travail de thèse à l'étude de ce nouvel aspect de la fonction axonale dans le cadre de la transmission synaptique entre les neurones pyramidaux au sein du réseau excitateur CA3 de l'hippocampe de rat. Les résultats obtenus à partir d'enregistrements de paires de neurones pendant ma thèse mettent en évidence deux sortes de signalisation analogue et digitale qui aboutissent à la facilitation de la transmission synaptique. La facilitation analogue-digitale (FAD) a été observée lors d'une dépolarisation prolongée, mais également à la suite d'une hyperpolarisation transitoire au niveau du corps cellulaire. Ce sont deux versants d'une même plasticité à court-terme qui découle de l'état biophysique des canaux ioniques sensibles au voltage étant à l'origine du PA. / The neuron is a polarised cell divided into two specialized compartments: the somato-dendritic and the axonal compartment. Generally, the first one receives information arriving from other neurones and the second generates an output message, when the sum of inputs exceeds a threshold value at the axon initial segment. This all-or-none signal, called the action potential (AP) is propagated actively to the synaptic terminal where it triggers chemical transmission of information. However, axonal function is not limited to transmission of AP sequences like a telegraph cable. The axon is also capable of transmitting continuously changing sub-threshold electric signals called analogue signals and to combine them with the digital information carried by the AP. I devoted the majority of my thesis work to the study of these novel aspects of axonal function in the framework of synaptic transmission between pyramidal neurons in the CA3 excitatory network of the rat hippocampus. The results obtained through paired recordings brought to light two kinds of analogue and digital signalling that lead to a facilitation of synaptic transmission. Analogue-digital facilitation (ADF) was observed during prolonged presynaptic depolarization and also after a transient hyperpolarization of the neuronal cell body. These are two sides of the same form of short-term synaptic plasticity depending on the biophysical state of voltage gated ion channels responsible for AP generation. The first variant of ADF induced by depolarization (ADFD) is due to AP broadening and involves Kv1 potassium channels.

Afin d'interagir avec le monde multimodal qui nous entoure, nous devons intégrer simultanément différentes sources d'informations sensorielles (vision, audition, somesthésie...). Une question fondamentale est donc de savoir comment le cerveau intègre les éléments séparés d'un objet défini par plusieurs composantes sensorielles pour former un percept unifié. Le colliculus supérieur a été le principal modèle d'étude de l'intégration polymodale. Au niveau cortical, jusqu'à récemment, les phénomènes d'intégration polymodale paraissaient être une caractéristique que seules possédaient les aires associatives situées au sommet de la hiérarchie du traitement de l'information. Tout d'abord, notre première étude a porté sur les connexions cortico-corticales et a montré l'existence de projections directes entre aires corticales de sensorialités différentes chez le primate non humain. Ensuite, l'étude des projections entre différentes aires corticales sensorielles et motrices et le thalamus nous a permis de mettre en évidence l'existence de noyaux thalamiques qui, par leurs connexions, pourraient représenter une voie alternative pour le transfert des informations de différentes aires corticales sensorielles et/ou motrices. Le thalamus pourrait permettre un transfert plus rapide et même une intégration des informations. Par ailleurs, au niveau comportemental, l'intégration multisensorielle permet une amélioration de la perception. Une expérience que nous avons menée chez des singes macaques dans une tâche de détection de stimuli unimodaux et bimodaux a montré la présence d'un gain multisensoriel significatif qui est le plus marqué près du seuil, qui diminue pour des intensités croissantes au-dessus du seuil et qui, enfin, disparaît à fortes intensités. Enfin, chez ces animaux montrant sur le plan comportemental ce gain multisensoriel, nous avons exploré les mécanismes sous jacents de l'intégration multisensorielle au niveau des neurones du cortex auditif. Nous avons trouvé des neurones dont les propriétés de décharges reflètent une synergie multisensorielle entre audition et vision. Ainsi, par des approches anatomiques, comportementales et électrophysiologiques, nos résultats apportent des éléments fondamentaux sur les structures cérébrales impliquées dans l'intégration multisensorielle, leurs connexions et les mécanismes existant dans le cerveau pour traiter de façon efficace les différentes informations sensorielles, en vue de la genèse d'une réponse motrice.

L'objectif de ce projet est l’étude de la plasticité des circuits corticaux dans le contexte de l'apprentissage des souris « sauvages » et modèles du syndrome de l’X fragile. Des études sur l'efficacité de la combinaison d'enregistrement des potentiels de champ locaux extracellulaires avec la stimulation laser UV (LSPS) pour cartographier les réseaux ont été réalisées. Nous avons trouvé des enregistrements de champs extracellulaires qui pourraient être utilisés pour détecter les réponses synaptiques évoquées par LSPS. Nos résultats indiquent une méthode alternative pour obtenir des cartes complètes de réseaux intracorticaux excitateurs. Ensuite, nous avons développé un paradigme d'apprentissage associatif sensoriel et étudié ses effets sur les réseaux intracorticaux excitateurs du cortex baril. Ex vivo un affaiblissement des projections excitatrices entre les couches 4 et 2/3 qui dans les colonnes de vibrisses C a été observée. Enfin, nous avons utilisé ces mêmes approches dans une souris modèle du syndrome de l'X fragile (FXS). Pour étudier les liens entre les déficits sensoriels, l'apprentissage associatif et les altérations fonctionnelles des réseaux sensoriels, nous avons utilisé un modèle de souris mutantes dans lequel la pathologie FXS était ciblée sur la couche 4 du cortex somatosensoriel. Il a été constaté que les souris WT présentaient une dépression similaire, alors qu'elle était absente FXS. En conclusion, les études sur les mutants sensoriels de type sauvage ont mis en lumière les conséquences de l'apprentissage sur les réseaux corticaux sensoriels et les liens entre la plasticité des réseaux corticaux sensoriels et les capacités cognitives. / The aim of this project is to study the plasticity of the cortical circuits in the context of the learning of wild type mice and models of Fragile X Syndrome. First, investigations into the efficacy of recording combination of extracellular local field potentials with UV laser stimulation (LSPS) to map networks were performed. We found extracellular field records could be used to detect the synaptic responses evoked by LSPS. Our results indicate an alternative method for obtaining complete maps of excitatory intracortical networks. Next, we developed a sensory associative learning paradigm and studied its effects on excitatory intracortical networks the barrel cortex. Ex vivo a weakening of the excitatory projections between layers 4 and 2/3 which in the columns of vibrissae C was observed and declined function of the speed of the behavioural response. Finally, we used these same approaches in a Fragile X Syndrome (FXS) model mouse. To study the links between sensory deficits, associative learning, and functional alterations of sensory networks, we used a model of mutant mice in which the FXS pathology was targeted to the layer 4 of the somatosensory cortex. Our hypotheses were that behavioural conditioning would change the cortical sensory circuits of the FXS sensory mutant and that the abnormal plasticity of these circuits would in turn affect the performance. It was found the WT mice exhibited a similar depression, whereas it was absent FXS. In conclusion, wild type mouse and FXS sensory mutant studies shed light on the consequences of learning on sensory cortical networks and on the links between plasticity of sensory cortical networks and cognitive abilities.

Le langage de Salvatore Sciarrino et celui de Brian Ferneyhough sembleraient aux antipodes : l’un doté d’une ligne épurée de tout excès, l’autre avec une notation surchargée de détails. La structure temporelle de leurs langages pourraient toutefois trouver un point de contact dans deux pièces pour flûte seule : L’orologio di Bergson de Sciarrino et Carceri d’Invenzione IIb de Ferneyhough. La pièce de Sciarrino est structurée sur la périodicité de certains éléments qui, par leur récurrence, créent une sensation de temps circulaire. Celle de Ferneyhough, bien que plus complexe à la surface, emploie la même idée de récurrence du matériau. La simplicité des éléments sonores de Sciarrino laisse la place à des unités de matériau incandescentes. Cette thèse a comme but de montrer une certaine similarité quant à la gestion du temps, et quant à son déroulement. L’analyse de plusieurs interprétations montrera aussi comment les interprètes s’approprient cette conception temporelle. / At first impression, the language of Salvatore Sciarrino and that of Brian Ferneyhough seem to be antipodes, two extremes exactly opposite to each other: one simple, pure, deprived of any unnecessary excess, while the other rich, complex, decorated with all the possible details. However, in these two pieces for flute solo, there is a common ground that can be found: L’orologio di Bergson of Salvatore Sciarrino and Carceri d’Invenzione IIb of Brian Ferneyhough. The piece of Sciarrino is structured on the periodicity of certain elements, by their recurrence, which create a sensation of circular time. While the piece of Ferneyhough, although, seemingly much more complex, employs the same idea of recurrence of the material. The simplicity of the sonic elements of Sciarrino gives the space to the unity of the incandescent materials. The objective of this thesis is to demonstrate some certain similarity, concerning the time management and its development. The analysis of several interpretation also shows how the interpreters adapt themselves to this time conception.

Chez l'homme comme chez l'animal, les odeurs guident le comportement et motivent à agir. La valeur hédonique (le caractère plus ou moins plaisant) est la dimension olfactive principale et est généralement utilisée pour décider d'approcher ou fuir la source odorante. Bien que cette attractivité soit façonnée par l'expérience, certaines odeurs non-familières sont spontanément attractives ou répulsives. Le caractère plus ou moins plaisant d'une odeur serait, du moins en partie, inné. Il existerait ainsi une signature neurale spécifique de la valeur hédonique des odeurs, et c'est ce que cette thèse s'emploie à identifier.Après sélection d'odorants spontanément plus ou moins attractifs (plaisant et déplaisants respectivement), nous avons recherché les bases neurales qui sous-tendent ces comportements. Nous avons tout d'abord cartographié (expression de Zif268) puis manipulé (optogénétique) l'activité neuronale du bulbe olfactif en réponse à ces odorants, et avons révélé une signature neurale bulbaire de la valeur hédonique des odeurs le long de l'axe antéro-postérieur.Puis, afin d'analyser comment le message hédonique était interprété par les aires olfactives et associatives supérieures, nous avons développé une méthode de recalage de l'activité cérébrale dans un atlas de référence, assurant une cartographie rapide, précise et fiable de cette activité. Enfin, en combinant cette méthode à des approches comportementales, électrophysiologiques et pharmacologiques, nous avons montré un rôle du système de la récompense dans le codage de la valeur hédonique des odeurs et qu'une odeur peut être perçue comme une récompense, motivant alors les comportements d'approche et de retrait / In humans and animals, odors guide behavior and motivate action. The hedonic value (that is the pleasantness) is the main olfactory dimension and is generally used to decide to approach the odor source or move away. While this attractiveness is shaped by experience, some unfamiliar odors are spontaneously attractive or repulsive. The pleasantness of an odor would be, at least in part, innate, and suggest a specific neural signature of the hedonic value of odors. The global aim of this thesis is to decipher neuronal mechanisms underlying the hedonic value of odors.After having selected odorants with various level of attraction (pleasant and unpleasant), we have deciphered the neural bases that underlie these behaviors.We first mapped (expression of Zif268) and then manipulated (optogenetic) the neuronal activity of the olfactory bulb in response to these odors, and have revealed a bulbar neural signature of the hedonic value of odors along the antero-posterior axis.Then, in order to analyze how the hedonic information was interpreted by the higher olfactory and associative areas, we developed a method allowing the registration of brain activity in a reference atlas, that ensure a fast, accurate and reliable mapping of this activity. Finally, by combining this method with behavioral, electrophysiological and pharmacological approaches, we have shown a role of the reward system in the coding of odor hedonics and that an odor can act as a reward, thus motivating behavior, approach and withdrawal

Dans ce projet nous nous intéresserons à la création d’un nouveau modèle permettant de simuler des enregistrements extracellulaires de l’activité électrique neurale dans le système nerveux périphérique. Ce modèle fut développé pour permettre une meilleure compréhension de l’impact des différentes propriétés des interfaces sur la qualité des signaux recueillis. Ce projet fut en particulier conduit pour répondre au contexte actuel qui voit le développement de nombreuses applications dans le domaine des neuro-prothèses et autres interfaces neurales à but biomédical. Nos intentions étaient de fournir un nouvel outil permettant de mieux comprendre les particularités des interfaces existantes ou d’aider à leur amélioration et à la planification de futures innovations. Ce modèle est construit comme la synthèse de la compréhension actuelle des différents rouages biophysiques impactant les enregistrements. Sa structure peut être perçue comme l’assemblage de différents sous-systèmes interconnectés et représentant chacun une dimension du processus. Il s’avère particulièrement efficace pour l’analyse comparative des performances entre diffèrent types/géométries d’électrodes invasives. Dans ce document, nous nous efforcerons d’expliquer en détail la structure et les paramètres de notre modèle. Nous décrirons ensuite les différents tests que nous avons entrepris pour sa validation expérimentale, ainsi que les différentes voies d’applications que nous avons commencé à explorer. Nous finirons par décrire les améliorations qui nous sont apparues comme nécessaires ou possibles et par une discussion sur les ouvertures futures offerte à ce domaine de recherche. / Neural interfaces are becoming a newly dynamic and promising field especially thanks to the numerous applications they could have in the biomedical domain. A great deal of these applications requires a monitoring of targeted neural activity. Among the different technologies available for such recording practice, chronic electrodes implanted in the peripheral nervous system offer a good compromise on the resolution versus invasiveness technological constraint. A large array of electrodes has been developed in this intention but there is still only a limited comprehension of their recording principles and weakness. This makes difficult any targeted improvement of the electrodes and led this field to be mainly dominated by a trial and error empirical approach simultaneously costly in funds, animal lives and time. In particular, intrafascicular electrodes, while providing exiting results for stimulation, have often failed in recordings. These electrodes typically show interesting recording performance right after implantation but have rapid decline of their efficacy up to the points that they often become useless after a few weeks. Such performance proves problematic as they drastically limit the transfer of experimental results to human applications. The extent of our work has been the development of a theoretical framework for the study of implantable electrodes. Our goal here has been to construct a model that could be used as a platform to better understand implanted electrode and compare their performance and possible improvement. We focused our work on intrafascicular electrode for the peripheral nervous system. However, our procedure could easily be applied to other type of interface. During this project we first constructed a detailed model of the recording biophysical process happening at the peripheral nerve electrical interface. This model encompasses all the mechanism known to influence the quality and shape of neural activity recordings. We have then recreated within our model specific controlled experiments and by comparing the properties of the simulated recording with their experimental counterparts demonstrated the potency of our approach to produce bio-plausible signals. This validated our model as an in silico alternative to compare and test electrodes. We then further developed this model to also simulate some of the changes happening in the nerve post implantation. In particular, we found that the growth of the fibrotic scar could already explain a large part of the signal degradation happening in the first weeks. Then to demonstrate the adaptability of this model we used it to compare the performance of the main type of electrodes implanted nowadays peripherally. Finally, as the main weakness of our model relied in its relative complexity and the related long computing time, we started to analyze how this model could be simplified without losing the precision necessary for the intended applications. In conclusion, this project led to the creation of a model which in its current form can be used as an in silico platform to test and compare electrodes. This will facilitate the planning and development of future peripheral neural interface by proving both more economical and informative that current strategies. Conjointly, we opened the way to future improvement of our model, leading to more practicality.

Neuroscience / La démence de type d’Alzheimer est la plus commune des démences. Elle entraîne un déclin dans les capacités cognitives et fonctionnelles, se traduisant dans des difficultés au niveau de la prise de décision, de l’accomplissement de tâches quotidiennes, de la communication ainsi qu’au niveau de la mémoire et de l’attention. On remarque également une diminution de l’état émotionnel et une apathie chez ces patients. Ce mémoire explore une nouvelle approche pour atténuer les effets psychologiques et cognitifs de la maladie. Les recherches effectuées dans ce mémoire explorent les impacts cognitifs et les effets sur le bien-être d'une intervention utilisant la réalité virtuelle sur les personnes souffrant de déclin cognitif subjectif. Deux environnements virtuels ont été testés : le premier étant un environnement dans lequel le participant voyage en train à travers différents climats, et le second étant un environnement de musicothérapie qui s’adapte en fonction de la réponse émotionnelle du participant. Pour mesurer les impacts sur l'état affectif, des lectures électroencéphalographiques ont été prises et analysées afin de déduire l'émotion ressentie par le participant avant, pendant et après l'expérience. Les résultats montrent une amélioration générale de l'état émotionnel pour les deux environnements. Quant à la mesure des effets sur les fonctions cognitives, des tâches d'attention et de mémoire ont été effectuées par les participants avant et après l'immersion. Les résultats montrent une légère amélioration des capacités d'attention et une meilleure amélioration de la mémoire. Nous approprions cet écart dans l'expérience de musicothérapie à l'activation musicale d'un réseau de structures cérébrales impliquées dans les expériences agréables : le circuit de récompense. Nous proposons que la musique facilite la rétention de la mémoire chez les personnes souffrant de démence. En effet, les résultats de l’amélioration des fonctions cognitives pour les deux expériences précédentes dépendent fortement de la précision de l'outil de mesure cognitive utilisé pour évaluer les performances d'attention et de mémoire avant et après l'intervention. Pour assurer cette précision, ce mémoire présente un outil de mesure des performances cognitives basé sur des tâches cognitives qui ont montré à plusieurs reprises leur fiabilité. Cet outil d’adresse aux personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer pré-clinique et diagnostiquée. / Alzheimer’s disease is an irreversible disease which causes progressive memory loss and cognitive decline, eventually leading to severe inability to perform basic day-to-day tasks. The urgency to find an effective cure to the disease is crucial, as the medical and economical spin-offs could be disastrous. The present thesis explores a novel approach to help attenuate the psychological and cognitive effects of the disease. The research carried out for this thesis explored cognitive effects and impacts on overall well-being of a virtual reality intervention on people suffering from subjective cognitive decline. Two virtual environments were tested: the first being an environment in which the participant travels through different climates by train, and the second being a music therapy environment modified as a function of emotional response. To measure the effects on affective state, electroencephalography readings were taken and analyzed to infer the emotion felt by the participant before, during the experiment. Results show a general improvement in emotional state. To measure the effects of the environments on cognitive functions, attention and memory tasks were carried out by the participants before and after the immersion. Results show a small improvement in attention skills and a more substantial improvement in memory skills. We appropriate this discrepancy in the music therapy experiment to the musical activation of a network of brain structures involved in rewarding and pleasurable experiences. We propose that music could facilitate memory retention in people sufferance for dementia. Importantly, the results of the previous experiments rely heavily on the accuracy of the cognitive measurement tool used to evaluate attention and memory performances before and after the intervention. To provide this accuracy, this thesis presents a cognitive performance measurement tool based on cognitive tasks which have repeatedly shown to output reliable results. This tool is created to serve for people with pre-clinical Alzheimer’s disease and diagnosed Alzheimer’s disease. Additionally, this tool is designed in such a way as to minimize the effects of repetition as well as varying levels of education and language. This thesis presents a novel and promising research in the realms of computer sciences and health care.

Les neurones du cortex visuel primaire (aire 17) du chat adulte répondent de manière sélective à différentes propriétés d’une image comme l’orientation, le contraste ou la fréquence spatiale. Cette sélectivité se manifeste par une réponse sous forme de potentiels d’action dans les neurones visuels lors de la présentation d’une barre lumineuse de forme allongée dans les champs récepteurs de ces neurones. La fréquence spatiale (FS) se mesure en cycles par degré (cyc./deg.) et se définit par la quantité de barres lumineuses claires et sombres présentées à une distance précise des yeux. Par ailleurs, jusqu’à récemment, l’organisation corticale chez l’adulte était considérée immuable suite à la période critique post-natale. Or, lors de l'imposition d'un stimulus non préféré, nous avons observé un phénomène d'entrainement sous forme d'un déplacement de la courbe de sélectivité à la suite de l'imposition d'une FS non-préférée différente de la fréquence spatiale optimale du neurone. Une deuxième adaptation à la même FS non-préférée induit une réponse neuronale différente par rapport à la première imposition. Ce phénomène de "gain cortical" avait déjà été observé dans le cortex visuel primaire pour ce qui est de la sélectivité à l'orientation des barres lumineuses, mais non pour la fréquence spatiale. Une telle plasticité à court terme pourrait être le corrélat neuronal d'une modulation de la pondération relative du poids des afférences synaptiques. / Primary visual cortex neurons in adult cat are selective to different image properties as orientation, contrast and spatial frequency. This selectivity is characterized by action potentials as electrical activity from the visual neurons. This response occurs during the presentation of a luminous bar in the receptive fields of the neurons. Spatial frequency is the amount of luminous bars in a grating presented from a precise distance from the eyes and is measured in cycles per degree. Furthermore, it was establish until recently that cortical organisation in the adult remains inflexible following the critical period after birth. However, our results have revealed that spatial frequency selectivity is able to change after an imposition of a non-preferred spatial frequency, also called adapter. Following cortical activity recordings, there is a shift of the spatial frequency tuning curves in the direction of the adapter. A second adaptation at the same non-preferred spatial frequency produced a different neural response from the first adaptation. This “short-term plasticity” was already observed in the primary visual cortex for orientation selective neurons but not yet for spatial frequency. The results presented in this study suggest that such plasticity is possible and that visual neurons regulate their electrical responses through modulation of the weights of their synaptic afferences.

Les neurones du cortex visuel primaire (aire 17) du chat adulte répondent de manière sélective à différentes propriétés d’une image comme l’orientation, le contraste ou la fréquence spatiale. Cette sélectivité se manifeste par une réponse sous forme de potentiels d’action dans les neurones visuels lors de la présentation d’une barre lumineuse de forme allongée dans les champs récepteurs de ces neurones. La fréquence spatiale (FS) se mesure en cycles par degré (cyc./deg.) et se définit par la quantité de barres lumineuses claires et sombres présentées à une distance précise des yeux. Par ailleurs, jusqu’à récemment, l’organisation corticale chez l’adulte était considérée immuable suite à la période critique post-natale. Or, lors de l'imposition d'un stimulus non préféré, nous avons observé un phénomène d'entrainement sous forme d'un déplacement de la courbe de sélectivité à la suite de l'imposition d'une FS non-préférée différente de la fréquence spatiale optimale du neurone. Une deuxième adaptation à la même FS non-préférée induit une réponse neuronale différente par rapport à la première imposition. Ce phénomène de "gain cortical" avait déjà été observé dans le cortex visuel primaire pour ce qui est de la sélectivité à l'orientation des barres lumineuses, mais non pour la fréquence spatiale. Une telle plasticité à court terme pourrait être le corrélat neuronal d'une modulation de la pondération relative du poids des afférences synaptiques. / Primary visual cortex neurons in adult cat are selective to different image properties as orientation, contrast and spatial frequency. This selectivity is characterized by action potentials as electrical activity from the visual neurons. This response occurs during the presentation of a luminous bar in the receptive fields of the neurons. Spatial frequency is the amount of luminous bars in a grating presented from a precise distance from the eyes and is measured in cycles per degree. Furthermore, it was establish until recently that cortical organisation in the adult remains inflexible following the critical period after birth. However, our results have revealed that spatial frequency selectivity is able to change after an imposition of a non-preferred spatial frequency, also called adapter. Following cortical activity recordings, there is a shift of the spatial frequency tuning curves in the direction of the adapter. A second adaptation at the same non-preferred spatial frequency produced a different neural response from the first adaptation. This “short-term plasticity” was already observed in the primary visual cortex for orientation selective neurons but not yet for spatial frequency. The results presented in this study suggest that such plasticity is possible and that visual neurons regulate their electrical responses through modulation of the weights of their synaptic afferences.

En raison de la gravité des accidents liés au phénomène de fatigue-propagation de fissure, les préoccupations de l'industrie aéronautique à assurer l'intégrité des structures soumises à ce mode de sollicitation revêtent un caractère tout à fait essentiel. Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire visent à appréhender le problème de sûreté des structures aéronautiques dimensionnées en tolérance aux dommages sous l'angle probabiliste. La formulation et l'application d'une approche fiabiliste menant à des processus de conception et de maintenance fiables des structures aéronautiques en contexte industriel nécessitent cependant de lever un nombre important de verrous scientifiques. Les efforts ont été concentrés au niveau de trois domaines dans ce travail. Une méthodologie a tout d'abord été développée afin de capturer et de retranscrire fidèlement l'aléa du chargement de fatigue à partir de séquences de chargement observées sur des structures en service et monitorées, ce qui constitue une réelle avancée scientifique. Un deuxième axe de recherche a porté sur la sélection d'un modèle mécanique apte à prédire l'évolution de fissure sous chargement d'amplitude variable à coût de calcul modéré. Les travaux se sont ainsi appuyés sur le modèle PREFFAS pour lequel des évolutions ont également été proposées afin de lever l'hypothèse restrictive de périodicité de chargement. Enfin, les analyses probabilistes, produits du couplage entre le modèle mécanique et les modélisations stochastiques préalablement établies, ont entre autre permis de conclure que le chargement est un paramètre qui influe notablement sur la dispersion du phénomène de propagation de fissure. Le dernier objectif de ces travaux a ainsi porté sur la formulation et la résolution du problème de fiabilité en tolérance aux dommages à partir des modèles stochastiques retenus pour le chargement, constituant un réel enjeu scientifique. Une méthode de résolution spécifique du problème de fiabilité a été mise en place afin de répondre aux objectifs fixés et appliquée à des structures jugées représentatives de problèmes réels.