Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de deux projets, l'un européen, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), et l'autre français BATIRSÛR (Bâtiment en acier en zone PPRT de surpression), qui visent à mieux appréhender la vulnérabilité des bâtiments à ossature métallique face à un aléa de surpression. En particulier, ce travail a consisté à étudier les interactions entre une onde de souffle et une structure afin de caractériser le chargement global induit par une explosion. À partir de la génération d’ondes de souffle par détonation ou déflagration d'une charge gazeuse de propane oxygène, des campagnes expérimentales à petite échelle ont été conduites. Elles ont permis de mettre en défaut pour les faibles niveaux de surpressions étudiés (< 200 mbar) certaines approches simplifiées existantes. Des alternatives ont alors été proposées. Les coefficients de réflexion, caractérisant le chargement, ont été mesurés. De nouvelles valeurs sont proposées, notamment pour caractériser la diffraction d'une onde issue d'une déflagration. Les données du chargement résultant d’une déflagration et d’une détonation ont été comparées dans des configurations identiques. La propagation en champ libre de l’onde de souffle issue d’une déflagration a été reproduite au moyen du modèle du piston sphérique. Pour une de détonation, un modèle prédictif de ballon d'air comprimé, reposant sur la donnée de la masse volumique et l’énergie interne spécifique de l’explosif, a été développé et validé en champ lointain par comparaison avec les essais expérimentaux. Son utilisation a permis de mettre en évidence les atouts et les limites des simulations numériques pour reproduire le chargement. / The work presented in this thesis fall within two project, one European, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), and the other French BATIRSÛR (steel building in PPRTs area overpressure), which both aimed at better understanding the vulnerability of metal framed buildings against an overpressure hazard. In particular, our objective was to study the interaction between a shock wave and a structure in order to characterize the overall loading induced by an explosion. From the generation of blast wave by deflagration or detonation of an oxygen propane mixture, small-scale experimental campaigns were conducted. These experimental campaigns highlighted for low levels of overpressure (<200 mbar) some limitations in the existing simplified approaches. Alternatives have then been given. Reflection coefficients, characterizing the loading, were measured. New values were obtained, especially to characterize the diffraction. Data resulting from deflagration and detonation we recompared under identical configurations. The free field propagation of the blast wave generated by a deflagration was reproduced by using the model of the spherical piston. For a detonation, a predictive model of compressed balloon based on the data of the density and the specific internal energy has been developed and validated in far-field range using comparison with experimental tests. Its use has helped highlight the assets and limits of numerical simulation in order to reproduce the loading induced by a detonation.

Les herbivores polyphages sont des généralistes capables d’exploiter une large gamme de plantes hôtes. Au cours des travaux de cette thèse en évolution expérimentale, nous étudions l’évolution de traits d’histoire de vie de différentes populations d’une espèce de ravageur de culture, l’acarien Tetranychus urticae, suite à la colonisation d’un même nouvel hôte, la tomate. Au cours des deux premiers chapitres, des mesures de traits d’histoire de vie ont été collectées depuis le stade œuf jusqu’à la mort des individus permettant de décrire finement le cycle de vie de cet acarien en réponse à l’exploitation de la tomate. Dans le chapitre 1, j’ai montré que la survie au stade juvénile était étroitement liée à des effets maternels. Notamment, les mères s’étant préalablement développées sur la plante de tomate conféraient à leurs descendants une meilleure survie juvénile sur cet hôte. Cependant, ces juvéniles quittaient davantage la plante une fois adulte et avaient une fécondité (pour les femelles) réduite. De plus, l’histoire évolutive des populations affectait la proportion de femelles produites par les mères améliorant potentiellement la démographie des populations. Dans le second chapitre, j’ai montré que plusieurs traits d’histoire de vie (survie juvénile, survie adulte mâle et fécondité) avaient évolué dans les populations exposées à la tomate depuis plusieurs générations à comparer des populations témoins ayant évolué sur haricot. Néanmoins, l’étude du succès reproducteur total des femelles intégrant l’effet de plusieurs traits de vie montre paradoxalement un signal clair d’adaptation au nouvel hôte seulement pour des populations ayant évolué sur cet hôte pendant environ 38 générations et non pour des populations ayant évolué sur cette plante hôte pendant environ 78 générations. L’étude de la diversité génétique, sur la base de marqueurs microsatellites, suggère que ces dernières populations ont souffert de goulots d’étranglement, ce qui pourrait avoir compromis leur adaptation. Pour finir, dans le chapitre 3, je teste si les populations nouvellement adaptées à la tomate sont plus tolérantes aux défenses de la plante, induites par l’attaque d’herbivores, ou bien si ces populations induisent différents niveaux de défense chez les plantes attaquées, affectant la performance des acariens qui les colonisent ultérieurement. Pour cela, des acariens ont été mis en ponte sur des plantes de tomates non pré-infestées, pré-infestées par des acariens adaptés à la tomate ou pré-infestées par des acariens non adaptés à cet hôte. Les populations adaptées à la tomate ont une fécondité plus forte sur cette plante, quel que soit le traitement de la plante, tandis que toutes les populations d’acariens voient leur mortalité augmenter sur les plantes pré-infestées par des acariens adaptés à la tomate. Mes résultats semblent indiquer que l’évolution sur tomate se manifeste par une plus grande capacité à tolérer les défenses de cette plante et une plus grande induction de ces défenses.Ainsi, mon étude décrit un continuum de réponses évolutives chez un polyphage allant de l’absence de détection d’adaptation, conduisant à l’extinction des populations, à la présence de réponses plastiques adaptatives, jusqu’au processus d’adaptation à la plante hôte via possiblement l’acquisition de la capacité à tolérer les défenses de la plante hôte. Ces travaux soulignent l’importance d’intégrer l’effet des variations contrastées de différents traits d’histoire de vie dans une mesure de valeur sélective afin de décrire l’adaptation à une nouvelle plante hôte. Des investigations futures en ce sens permettraient d’enrichir la littérature sur la persistance des herbivores suite à la colonisation de nouvelles plantes hôtes mais aussi d’affiner nos compétences en terme de contrôle d’espèces de ravageurs. / Polyphagous herbivores are generalists able to exploit a large range of host-plants. In this thesis, using experimental evolution, I study the evolution of life history traits in different populations of a crop pest, the spider mite Tetranychus urticae, after colonization of a new host, the tomato plant. In the first two chapters, measures of life history traits were collected from the egg stage to the death of individuals allowing the precise description of the life cycle of mites in response to the exploitation of tomato plants. As described chapter 1, I found that juvenile survival on the new host was influenced by maternal effects. In particular, mothers having developed on tomato had offspring surviving better on this host as juvenile. However, these juveniles left more often the plant as adults and had a reduced fecundity (for females). Moreover, the evolutionary history of populations affected the proportion of females produced by mothers, potentially enhancing demography of populations having previously evolved on this host. In chapter 2, I show that several life history traits (juvenile survival, male adult lifespan and fecundity) had evolved in all populations exposed to tomato for several generations relative to control populations evolving on bean. Nevertheless, the study of female lifetime reproductive success integrating the effect of several successive traits only showed, paradoxically, an adaptive signal for populations having evolved on this host for approximately 38 generations and not for populations having evolved on tomato for approximately 78 generations. The study of genetic diversity with microsatellite markers suggests that these latter populations may have suffered from bottlenecks, which could have compromised their adaptation. Finally, as shown chapter 3, I test whether populations newly adapted to tomato are more tolerant to the host-plant defenses, induced by herbivore attacks, and/or whether these populations differentially trigger the defences of damaged plants, affecting the performance of mites that subsequently colonize this host. For that purpose, I recorded the fecundity and mortality of female adult mites put on clean tomato plants, or on tomato plant pre-infested by tomato-adapted mites or by mites not adapted to this host. Populations adapted to tomato had a higher fecundity on this host irrespective of the plant treatment, while mortality increased for all populations on plants pre-infested with tomato-adapted mites. My results thus suggest that evolution on tomato leads to an increased capacity to tolerate host-plant defences and also to a higher induction of such defences. My studies describe a continuum of evolutionary responses in a polyphagous species from failure of adaptation, leading to the eventual extinction of populations, to the presence of adaptive plastic responses and finally to host-plant adaptation via the possible acquisition of higher tolerance to host-plant defenses. My work also underlines the relevance of integrating the effects of different life history traits with contrasted variations within a same fitness measure to describe host-plant adaptation. Further investigations in this direction should enrich our understanding of mechanisms of herbivore persistence on a new host-plant but also allow developing better crop pest management strategies.

Ce travail, mené conjointement entre CNPP et le Laboratoire d’Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, est consacré à la mise en place d’un modèle d’évacuation de personnes, dans l’optique d’une application en Ingénierie de Sécurité Incendie. Le modèle de cheminement de personnes développé dans ce manuscrit est un modèle physique reposant sur une équation de conservation de la densité de personnes. Il est basé sur des hypothèses simples et réalistes résultant de l’observation de mouvements de foule, et utilise une vision macroscopique des personnes caractérisées par une densité moyenne. Ce modèle est mis en œuvre sur des cas de vérification et de comparaison issus de la littérature. Des expériences d’évacuation sont réalisées à échelle réelle afin de récolter des données quantitatives sur le mouvement des personnes et de valider de façon pertinente le modèle de cheminement de personnes. En outre, une stratégie est proposée afin d’intégrer dans la modélisation les contraintes thermiques et optiques liées au feu ainsi que leur impact sur le processus d’évacuation. Enfin, des simulations d’évacuation intégrant les effets du feu sont effectuées sur une configuration à grande échelle / This work was conducted as a collaboration between CNPP and the laboratory LEMTA. It was devoted to the implementation of an emergency egress model offering prospects for use in Fire Safety Engineering. The pedestrian movement model described in this manuscript is a physical model relying on a people density balance equation. This model is based on three fundamental assumptions resulting from pedestrian phenomena commonly observed, especially in crowds. Its mathematical formulation assumes that people are regarded as a mean density in a macroscopic way. The pedestrian model was tested on verification and comparison cases extracted from literature. Evacuation drills were also performed at real scale without fire constraints to collect some quantitative data like egress times or flows, and to validate the people motion model. Furthermore, a mathematical strategy is propounded in order to integrate thermal and optical stresses into the evacuation model and to take into consideration their incidence on evacuation processes. Finally, egress simulations are achieved on a large-scale configuration considering different scenarios involving fires

La gestion du risque d'inondation a évolué d'une approche structurelle à une politique nonstructurelle supportée par des outils graphiques, dont les cartes, présents à toutes les étapes de la gestion du risque d'inondation. Cependant, si elles sont parmi les meilleurs outils pour la représentation, la communication et l'aide à la décision, ces cartes se caractérisent par des lacunes dans leur figuration, notamment en raison d'une faible prise en compte de la maîtrise d'usage lors de leur conception. L'objectif principal de cette recherche est de définir les règles cartographiques spécifiques à différentes catégories d'acteurs directement usagers des cartes lors d'une phase d'évacuation (habitants, décideurs locaux et force de secours) en tenant compte de leurs caractéristiques et de leurs questions afin de produire des cartes plus efficaces pour la gestion de cette étape. Dans cette logique, l'application IMaDeS (Interactive Map Design System) a été développée pour permettre aux destinataires de co-concevoir leurs cartes dont les parangons sont évalués par oculométrie couplée à un questionnaire. / Flood risk management has evolved from a structural approach to a non-structural policy supported by graphical tools (including maps), present at all stages of the flood risk management. However, although they are among the best tools for representation, communication and decision-making, these maps are characterized by gaps in their figuration, particularly because of a weak integration of their use in the design. The main objective of this research is to define the specific mapping rules for different categories of stakeholders who are the end-users of maps during an evacuation (inhabitants, local decision-makers and rescue forces) by using their characteristics and their issues to produce more efficient maps in order to manage evacuation. Toward this goal, the IMaDeS application (Interactive Map Design System) was developed to allow stakeholders to co-build their maps and the most representative templates are evaluated by eye-tracking paired with a questionnaire.

Dans le cadre d'un projet de recherche interne nommé JoSAT (Joint Stress Analysis Tool), Sogeti High Tech a développé depuis 2008 un outil de simulation simplifié d'analyse de joints collés. Cet outil permet d'obtenir à la fois la répartition des efforts internes dans chacun des substrats mais également la répartition des contraintes adhésives le long du recouvrement, tout en ayant l'avantage d'être beaucoup moins chronophage que la méthode des Éléments-Finis (EF). En 2011, cet outil a été étendu de sorte à supporter différents comportements adhésifs non-linéaires sous la forme de relations contrainte-déformation spécifiée par l'utilisateur. Cependant, le champs d'application de cette nouvelle théorie fut démontré comme limitée aux jonctions en simple recouvrement, et dans le cas de faible non-linéarité uniquement. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est double. Premièrement, étendre et valider l'outil d'analyse simplifiée aux cas de comportement non-linéaire adhésif mais également des substrats. Deuxièmement, proposer et développer de nouvelles méthodes visant à caractériser le comportement non-linéaire d'un film adhésif. / In the frame of an internal research program called JoSAT (Joint Stress Analysis Tool), SogetiHigh Tech has suggested developing since 2008 a simplified tool for the stress analysis ofadhesively bonded joints. This tool allows for the distribution of both the internal forces anddisplacements in the adherends as well as the adhesive stresses along the overlap to beestimated from specified loads and boundary conditions, and has the advantage of beingextremely time saving compared to conventional Finite Element (FE) analyses.In 2011, this tool was extended to support adhesive material nonlinearities in the form ofspecified adhesive stress-strain evolution laws. However the theory developed wasdemonstrated as valid for the Single-Lap Joint (SLJ) configuration only, and limited to smalllevels of adhesive material nonlinearities. In this context, the objective of the thesis is double. First, extend and validate the simplified tool for the analysis of adhesively bonded joints in the case of nonlinear adhesive as well asadherends stress-strain constitutive behaviors. Then, suggest and develop experimentalprotocols for the characterization of the cohesive properties of thin adhesive layers so that thesimplified tool can be sustained with relevant experimental data in terms of adhesive stressstainconstitutive relationships.

Les changements globaux ont en partie pour effet de modifier les aires de répartition géographique des espèces. Les interactions nouvelles entre espèces n’ayant jamais été en contact peuvent potentiellement mener à des cas atypiques de reproduction, notamment l’hybridation. Ce phénomène peut avoir des implications épidémiologiques fortes car il peut conduire à la genèse de pathogènes hybrides. La combinaison du matériel génétique d’espèces distinctes peut conférer de meilleures capacités à la progéniture (vigueur hybride ou hétérosis), pouvant à terme potentiellement mener à des changements adaptatifs et à l'émergence de pathogènes dans des zones non endémiques, ce qui en fait une menace émergente à l’échelle mondiale. Ce travail de thèse se focalise sur la schistosomiase, seconde maladie parasitaire humaine et sa récente émergence en Europe (Corse, France). Après l’identification et la caractérisation génomique d’un parasite hybride entre deux agents distincts de la maladie, S. haematobium chez l’homme et S. bovis chez les bovins, nous avons mené une approche intégrative afin de caractériser à plusieurs échelles les capacités invasives et la virulence de tels parasites. A partir de souches du terrain, nous avons mis en place un protocole d’évolution expérimentale visant à générer des hybrides de première et deuxième générations au laboratoire. Nous avons analysé les modifications de traits d’histoire de vie de ces parasites ainsi que les conséquences moléculaires (génomique et transcriptomique) de ce « clash génomique » et nous montrons que l’hybridation peut être une force évolutive majeure pour les parasites. / Global changes contribute in modifying species geographical distribution. New interactions between species that have never been in contact before can potentially lead to atypical cases of reproduction, including hybridization. This phenomenon can have strong epidemiological consequences as it can potentially lead to the genesis of hybrid pathogens. The combination of genetic material of distinct species can confer increased capacities to the offspring (hybrid vigor or heterosis), eventually leading to adaptive changes and the emergence of pathogens in non-endemic areas, making them an emerging global threat. This thesis work focuses on schistosomiasis, the second human parasitic disease after malaria and its recent emergence in Europe (Corsica, France). After the identification and genomic characterization of a hybrid parasite between two distinct agents of the disease, S. haematobium in humans and S. bovis in cattle, we conducted an integrative approach to characterize at several scales the invasive capacities and virulence of such parasites. Starting from the field, we set up an experimental evolution protocol aimed at generating first- and second-generation hybrids in the laboratory. We analysed life history trait modifications of these parasites as well as the molecular consequences (genomics and transcriptomics) of this "genomic clash" and we show that hybridization can be a major evolutionary force for parasites.

Dans le cadre de la caractérisation des combustibles nucléaires irradiés, une résine est utilisée pour enrober des échantillons de matériau combustible. Or la gestion de ces échantillons après usage implique la définition d'un procédé de séparation du matériau combustible de la résine d'enrobage. Cette séparation est en effet rendue nécessaire par la possibilité de dégradation de la résine et de libération de gaz sous l’effet de phénomènes de radiolyse dus aux rayonnements α, β et γ; des combustibles. Un traitement thermique est envisagé pour cette séparation. Les travaux, qui visent à améliorer la connaissance des phénomènes, s'appuient à la fois sur des expérimentations sur systèmes modèles et sur la modélisation des réactions de pyrolyse de la résine et des transferts couplés de matière, de chaleur et de quantité de mouvement. Une des difficultés de l'étude réside dans la nécessité de maîtriser le procédé à différentes échelles : une échelle globale, correspondant aux conditions de traitement visées dans le four, et une échelle locale correspondant aux conditions au voisinage immédiat du matériau combustible. Les essais expérimentaux sont réalisés d’une part en thermo-balance pour l’acquisition de données cinétiques et d’autre part sur un four pilote afin de traiter des quantités plus significatives de résine. Le procédé choisi comporte deux étapes, une première étape de pyrolyse suivie d’une étape d’oxydation du résidu de pyrolyse. Les deux étapes sont susceptibles d’oxyder le combustible lui-même. En effet, la première étape de pyrolyse conduit à la formation d’un mélange gazeux qui peut rendre l’atmosphère localement oxydante. La seconde étape est oxydante par définition. La pyrolyse de la résine produit des gaz incondensables, de la vapeur d’eau, des goudrons et un résidu carboné dont la teneur finale en hydrogène doit être nulle. L’étude du procédé de pyrolyse comporte plusieurs parties. La première partie consiste à étudier la cinétique globale de dégradation de la résine époxy et à déterminer la cinétique de dégagement des différents gaz. Pour prendre en compte la présence du combustible dans le milieu de traitement, des expériences de traitement d’un mélange époxy-UO2 en thermo-balance ont été réalisées. Les résultats montrent l’absence d’un effet significatif de la présence du combustible. La deuxième partie est l’intégration des résultats expérimentaux obtenus dans le modèle. La modélisation du four est réalisée dans l’environnement COMSOL Multiphysics®. Les résultats montrent un bon accord avec les mesures expérimentales. Sur la base de cette modélisation, une amélioration du four d’essai a été proposée. A la fin de l’étape de pyrolyse, la phase solide résiduelle contient toujours de l’hydrogène. Pour minimiser cette quantité, l’oxydation du résidu de pyrolyse est une étape nécessaire. Deux types de procédés ont été proposés à savoir l’oxydation sous une atmosphère contrôlée en oxygène et la gazéification sous dioxyde de carbone qui permettent l’élimination du résidu de pyrolyse en laissant intègre le combustible uranium dans des conditions bien définies. / In order to characterize nuclear fuels, samples are currently embedded in an epoxy polymer resin. In storage conditions, the presence of organic products in contact with highly radioactive material generates gas due to a radiolysis phenomenon. Samples management imposes the definition of a fuel and resin separation process. This work aims at developing a tool for the optimal design and control of a suitable heat treatment process. This development is based on experiments and on the modeling of the resin pyrolysis reactions coupled to mass, heat and momentum transfers. One of the difficulties of the study lies to the needed process control on various scales: i) on a global scale to represent the treatment conditions and ii) on a local scale to represent the conditions close to fuel material. This study uses a combined modeling - simulation approach with experiments carried out with the help of a thermo-balance for kinetic data acquisition, on the one hand and in an experimental oven, on the other hand. The process will be performed in two stages, resin pyrolysis and residue (Char) oxidation. Nuclear fuel can be oxidized during both stages. Indeed, the pyrolysis degrades the resin and generated pyrolysis gases, which produce an oxidizing atmosphere. Oxidation of pyrolysis residue can modify the structure of spent fuel and liberate fission gases. The resin pyrolysis produced incondensable gases, steam, tar and char. The final hydrogen content in the char has to be as low as possible and close to zero to be sure that the radiolysis phenomenon will never occur during of nuclear fuel storage. The process development has been carried out in stages. The first step is to investigate the overall kinetics of epoxy degradation and the determination of the generated gas kinetics. The influence of the presence of nuclear fuel is investigated with epoxy-UO2 mixture. The results showed no significant effect of the nuclear fuel presence. The second part is the coupling of kinetic model to the partial differential equations (mass, energy and momentum balance) to obtain a representative model of the oven in terms of temperature and chemical species composition. The Modeling of the oven is carried out using COMSOL Multiphysics® software. The results showed a good agreement with experimental measurements. After pyrolysis, char still contains significant amount of hydrogen. To minimize this quantity, the oxidation of the char is a necessary step. Two treatment types are proposed: An oxidation under a controlled oxygen atmosphere and carbon dioxide gasification. These methods are efficient to eliminate the residual of hydrogen content while keeping the fuel integrity.

Au cours des récentes épidémies, l’infection par le virus Zika (ZIKV) est à l’origine de microcéphalies chez le fœtus, d’avortements spontanés et du syndrome de Guillain–Barré chez l’adulte. L’infection par ZIKV représente donc un problème de santé publique. Il est nécessaire de comprendre la biologie de ce virus et quelles sont les réponses cellulaires impliquées. Dans les cellules infectées, les virus sont détectés par des récepteurs de la réponse immunitaire innée, tels que les Toll-like receptors (TLR). Cette reconnaissance conduit à la production de molécules antivirales, tel que l’interféron (IFN) de type I et III. De récents travaux montrent que l’activation de la voie TLR3 contribuerait au contrôle de la propagation de ZIKV et sa pathogénèse. Nous avons mis en place une approche pour cartographier les interactions génétiques entre le génome viral et différents régulateurs et effecteurs de cette réponse antivirale, incluant les étapes de reconnaissance du virus par TLR3. Cette approche est basée sur une combinaison de biologie moléculaire et d’évolution expérimentale qui repose sur le taux élevé de mutation de ZIKV et sa rapide faculté d’adaptation. J’ai pu mettre en avant l’apparition d’un phénotype de ZIKV face aux défenses antivirales de lignées cellulaires humaines qui se caractérise par une résistance à l’activation de la voie TLR3 et une meilleure propagation du virus après 5 passages. J’ai été capable d’observer que la population virale adaptée présente une perte d’activation des réponses antivirales (i.e. ISG15, MxA) 3h post-infection. La mise au point et la validation de l’approche CirSeq permet une analyse de précision des données de séquençage haut-débit, et permettra ainsi de prédire l’évolution de mécanismes d’échappement viral. / Zika virus (ZIKV) infection causes neurological diseases and birth defects representing an important threat for human health. Recent studies demonstrated that interferon (IFN) response is pivotal for the control of ZIKV spread, its in utero transmission and protects against ZIKV-induced neurological diseases. It is necessary to understand the biology of this virus and what are the cellular responses involved. In infected cells, viruses are detected by receptors of the innate immune response, such as Toll-like receptors (TLRs). This recognition leads to the production of antiviral molecules, such as type I and III interferon (IFN). Recent work shows that activation of the TLR3 pathway contributes to controlling the spread of ZIKV and its pathogenesis. We have implemented an approach to map the interactions between the viral genome and different regulators and effectors of this antiviral response, including the TLR3 virus recognition steps. This approach is based on a combination of molecular biology and experimental evolution based on the high mutation rate of ZIKV and its rapid adaptation. I was able to highlight the appearance of a phenotype of ZIKV against the antiviral defenses of human cell lines that triggered resistance to activation of the TLR3 pathway and a better spread of the virus after 5 iterative passages. I was able to observe that the adapted viral population exhibited a loss of activation of antiviral responses (i.e. ISG15, MxA) 3h after infection. The implementation and validation of the CirSeq approach allows an analysis of the accuracy of high throughput sequencing data, as well as predicting the evolution of viral escape mechanisms.

Les processus de diversification adaptative, qui sont au cœur de la diversité du monde vivant, ont été étudiés grâce à une stratégie d'évolution expérimentale, initiée par le Pr Richard Lenski en 1988. Douze populations, fondées à partir d'un ancêtre commun d'Escherichia coli, sont propagées indépendamment depuis plus de 55 000 générations par transferts journaliers dans un milieu minimum limité en glucose. Un événement de diversification a émergé après 6500 générations d'évolution dans une seule des douze populations, appelée Ara-2, conduisant à deux lignées cellulaires différenciées, appelées S et L, qui continuent de co-exister depuis notamment grâce à des interactions négatives dépendant de leur fréquence. Deux propriétés confèrent à ce polymorphisme une grande originalité et donc un intérêt d'étude important : sa durée car il s'agit du plus long polymorphisme jamais identifié lors d'expériences d'évolution en laboratoire, et son unicité puisqu'il ne s'est produit qu'une seule fois au sein des douze populations initiées à partir d'un ancêtre commun. L'objectif de ce travail a été d'identifier les mécanismes du maintien au long terme des lignées S et L, ainsi que les bases génétiques de leur émergence. Le maintien du polymorphisme est lié à une forte dynamique des relations écologiques entre S et L, l'une des lignées envahissant systématiquement les niches écologiques de l'autre, qui réagit en conséquence pour éviter l'extinction. L'émergence de la lignée S est due à une succession précise de trois mutations, nécessaires et suffisantes pour établir les phénotypes de la lignée S. Les trois mutations affectent toutes des gènes codant des régulateurs globaux de la transcription, dont deux sont impliqués dans la régulation du métabolisme central. Pour l'un d'entre eux, l'allèle évolué altère les propriétés de liaison à l'ADN de la protéine évoluée. Bien que ce polymorphisme soit unique, ces trois gènes sont pourtant les cibles de la sélection naturelle dans la majorité des autres populations de l'expérience d'évolution. Pour deux d'entre eux, seul l'allèle substitué dans la population Ara-2 confère en fait les phénotypes de la lignée S. Ainsi, l'unicité de cet événement de diversification est liée à une succession d'événements mutationnels très précis, qui affectent par ailleurs les réseaux globaux de l'expression des gènes. Ces modifications graduelles ont ainsi conduit à l'émergence du plus long polymorphisme mis en évidence à ce jour dans des expériences d'évolution en laboratoire. / Adaptive diversification events that underly the diversity of the living world have been studied by an experimental evolution strategy initiated by Richard Lenski in 1988. Twelve populations founded from a common ancestor of Escherichia coli are propagated independently since more than 55,000 generations by daily transfer in a glucose-limited minimal medium. A diversification event emerged after 6500 generations of evolution in only one of the twelve populations, called Ara-2, resulting in two lineages of differentiated cells, called S and L, that coexist ever since owing to negative frequency-dependent interactions. Two properties make this polymorphism original and important: its length as the longest one ever observed in evolution experiments, and its uniqueness as it occurred only once in the twelve populations founded from the same ancestor. The aim of this work was to identify the mechanisms of the long-term coexistence of the S and L lineages, together with the genetic bases of their emergence. The maintenance of the polymorphism is characterized by a strong dynamic of the ecological relationships between S and L, with with L seeming to encroach over time on the niche of S, which reacts to avoid extinction. The emergence of the S lineage is due to the succession of three mutations, necessary and sufficient to establish its phenotypes. All three mutations affect genes encoding global transcriptional regulators, with two of them being involved in the regulation of central metabolism. For one of them, the evolved allele alters the DNA binding ability of the evolved protein. Although this polymorphism is unique, the same three genes are targets of natural selection in most other populations of the evolution experiment. For two of them, only the substituted allele of the Ara-2 population results in the phenotypes of the S lineage. Thus, the uniqueness of this diversification event is linked to a succession of precise mutational events that affect the global regulatory network in the cell. Those gradual modifications lead thus to the emergence of the longest polymorphism ever identified during evolution experiments in the laboratory.

Les bioréacteurs à membranes (BRM), combinant l’épuration biologique des eaux usées à une étape de séparation membranaire, ont montré de très bonnes performances en matière d’élimination de la pollution organique et azotée. Cependant, cette technologie présente des surcoûts de fonctionnement liés essentiellement à l’énergie dépensée pour fournir l’aération nécessaire à l’activité biologique mais utilisée aussi pour lutter contre les phénomènes de colmatage membranaire. Afin de réduire ces besoins énergétiques, un BRM dit autotrophe a été mis en place. Il est caractérisé par une alimentation à une charge organique faible, dont plus de 60% est éliminé par un traitement physico-chimique préalable. De ce fait, le BRM autotrophe assure principalement le traitement d’azote, qui peut être affecté par la limitation en carbone organique nécessaire à la réaction de dénitrification. Ce travail a pour objectif d’étudier le comportement d’un tel système et d’identifier les paramètres déterminants. L’étude a été conduite expérimentalement et par modélisation. Deux campagnes expérimentales ont été réalisées en régime permanent à des charges organiques et des âges de boues différents, suivies d’une expérimentation en régime transitoire provoqué par une montée de la charge en azote ammoniacal. Les résultats des campagnes ont montré qu’il est possible de baisser le rapport de DCO/N jusqu’à 4,5 et l’âge des boues à 40j sans pour autant perturber la dénitrification. Ces résultats ont été appuyés par une modélisation dynamique s’appuyant sur un modèle ASM3s-SMP qui a été développé ensuite calibré sur l’ensemble des résultats expérimentaux. L’analyse du phénomène du colmatage de la membrane au cours de l’expérimentation a montré une tendance au colmatage relativement faible par rapport aux BRM opérant dans des conditions usuelles (DCO/N>10). L’effet du nettoyage mécanique induit par l’ajout d’un matériau granulaire dans le module membranaire s’est avéré peu important dans les conditions étudiées. Une modélisation en régime permanent a permis de développer les expressions des grandeurs caractéristiques du fonctionnement du BRM. Après avoir été validées par des simulations conduites en utilisant le logiciel GPS-X®Hydromantis, ces équations ont permis, au moyen d’approches de modélisation différentes (modèle simple, ASM1 et ASM3), de repérer les paramètres opératoires et cinétiques les plus influents et de déterminer par des expressions analytiques le rapport DCO/N minimal requis pour une réaction de dénitrification complète. / Membrane Bioreactors (MBR) as a combination of biological wastewater treatment and a membrane separation step, showed high performances for organic and nitrogen compounds removal. However, this technology has high running costs linked to energy consumption for aeration. The latter has to be provided for the biological activity and for the membrane scouring that reduces membrane fouling phenomena. In order to decrease these expenses, an MBR called autotrophic was set. It is marked by low organic loading rates due to a physicochemical treatment removing more than 60% of the initial organic matter amount. Mainly, the autotrophic MBR is dedicated to nitrogen removal that can be influenced by the shortage of the organic substrate, needed to achieve the denitrification process. The aim of this work is the investigation of the behavior of such system and the identification of most determining parameters. Experimental and modeling studies were carried out. Two steady state experimental campaigns were performed at different organic loading rates and solid retention times. They were followed by an experiment at transient state induced by the nitrogen loading rate rise. Obtained results proved that operation at a COD/N ratio as low as 4.5 did not hamper the denitrification efficiency. Those results were reinforced by a dynamic modeling study based on a model called ASM3s-SMP that was developed and calibrated using the experimental results. Membrane fouling analysis during experimental campaigns showed low fouling propensities compared to MBR operating at more common conditions (COD/N>10). The mechanical cleaning effect due to the addition of a granular material to the membrane module was found insignificant in the case of these operating conditions.A steady state modeling study helped determining mathematical expressions of different variables, yields and rates describing the system operation. After a validation step based on simulations with the use of the GPS-X®Hydromantis software, these expressions associated to different modeling approaches (simple model, ASM1 and ASM3) allowed pointing out the critical operating and kinetic criteria in addition to the minimum COD/N ratio required for a complete denitrification reaction.