Avec plus de 1000 génomes complets disponibles (la grande majorité venant de bactéries), les analyses comparatives de génomes deviennent indispensables pour leurs annotations fonctionnelles, ainsi que pour la compréhension de leur structure et leur évolution, et s'appliquent par exemple en phylogénomique ou au design des vaccins. L'une des approches de plus utilisées pour comparer des génomes est l'alignement de leurs séquences d'ADN, i.e. alignement de génomes complets, c'est à dire identifier les régions de similarité en s'affranchissant de toute annotation. Malgré des améliorations significatives durant les dernières années, des outils performants pour cette approche ainsi que des méthodes pour l'estimation de la qualité des résultats qu'elle produit, en particulier sur les génomes bactériens, restent encore à développer. Outre leurs grandes tailles qui rendent les solutions classiques basées sur la programmation dynamique inutilisables, l'alignement de génomes complets posent des difficultés supplémentaires dues à leur évolution particulière, comprenant: la divergence, qui estompe les similarités entre les séquences, le réordonnancent des portions génomiques (réarrangements), ou l'acquisition de matériel génétique extérieur, qui produit des régions non alignables entres les séquences, e.g. transfert horizontal des gènes, phages. En conséquence, les solutions pour l'alignement de génomes sont des heuristiques, dont la plus commune est appelée stratégie basée sur des ancres. Cette stratégie commence par identifier un ensemble initial de régions de similarité (phase 1). Ensuite une phase de chaînage sélectionne un sous-ensemble (non-chevauchantes et généralement colinéaires) de ces similarités de poids maximal, nommées ancres (phase 2). Les phases 1 et 2 sont appliquées de manière récursive sur les régions encore non-alignées (phase 3). La dernière phase consiste en l'application systématique des outils d'alignement classiques sur toutes les régions courtes qui n'ont pas encore été alignées. Cette thèse adresse plusieurs problèmes liés à l'alignement de génomes complets dont: l'évaluation de la qualité des résultats produits par les outils d'alignement et l'amélioration de la stratégie basée sur des ancres. Premièrement, nous avons créé un protocole pour évaluer la qualité des résultats d'alignement, contenant des mesures de calcul quantitatives et qualitatives, dont certaines basées sur des connaissances biologiques. Une analyse de la qualité des alignements produits par deux des principaux outils existants sur des paires de génomes bactériens intra-espèces révèle leurs limitations: des similarités non détectées et des portions d'alignement incorrectes. À partir de ces résultats, qui suggèrent un manque de sensibilité et spécificité, nous proposons un nouvel outil pour l'alignement deux à deux de génomes complets, YOC, qui implémente une version simplifiée de la stratégie basée sur des ancres, contenant seulement deux phases. Dans la phase 1, YOC améliore la sensibilité en utilisant comme ancres, pour la première fois dans cette stratégie, des similarités locales basées sur des graines espacées, capables de détecter des similarités plus longues dans des régions plus divergentes. Cette phase est suivie par une méthode de chainage adaptée aux similarités locales, un nouveau type de chaînage colinéaire, permettant des chevauchements proportionnels. Nous avons donné une formulation de ce nouveau problème et réalisé un premier algorithme. L'algorithme, qui adopte une approche de programmation dynamique basée sur le paradigme de la ``sweep-line'', donne une solution optimale, i.e. est exacte, et s'exécute en temps quadratique. Nous avons montré que cet algorithme, comparé au chainage colinéaire classique, améliore les résultats sur des génomes bactériens, tout en restant aussi efficace en pratique. / With more than 1000 complete genomes available (among which, the vast majority come from bacteria), comparative genomic analysis become essential for the functional annotation of genomes, the understanding of their structure and evolution and have applications in phylogenomics or vaccine design. One of the main approaches for comparing genomes is by aligning their DNA sequences, i.e. whole genome alignment (WGA), which means identifying the similarity regions without any prior annotation knowledge. Despite the significant improvements during the last years, reliable tools for WGA and methodology for estimating its quality, in particular for bacterial genomes, still need to be designed. Besides their extremely large lengths that make classical dynamic programming alignment methods unsuitable, aligning whole genomes involves several additional difficulties, due to the mechanisms through which genomes evolve: the divergence, which let sequence sim ilarity vanish over time, the reordering of genomic segments (rearrangements), or the acquisition of external genetic material generating regions that are unalignable between sequences, e.g. horizontal gene transfer, phages. Therefore, whole genome alignment tools implement heuristics, among which the most common is the anchor based strategy. It starts by detecting an initial set of similarity regions (phase 1), and, through a chaining phase (phase 2), selects a non-overlapping maximum-weighted, usually collinear, subset of those similarities, called anchors. Phases 1 and 2 are recursively applied on yet unaligned regions (phase 3). The last phase (phase 4) consists in systematically applying classical alignment tools to all short regions still left unaligned.This thesis addresses several problems related to whole genome alignment: the evaluation of the quality of results given by WGA tools and the improvement of the classical anchor based strategy. We first designed a protocol for evaluating the quality of alignment results, based on both computational and biological measures. An evaluation of the results given by two state of the art WGA tools on pairs of intra-species bacterial genomes revealed their shortcomings: the failure of detecting some of the similarities between sequences and the misalignment of some regions. Based on these results, which imply a lack in both sensitivity and specificity, we propose a novel, pairwise whole genome alignment tool, YOC, implementing a simplified two-phase version of the anchor strategy. In phase 1, YOC improves sensitivity by using as anchors, for the first time, local similarities based on spaced seeds that are capable of detecting larger similarity regions in divergent sequences. This ph ase is followed by a chaining method adapted to local similarities, a novel type of collinear chaining, allowing for proportional overlaps. We give a formulation for this novel problem and provide the first algorithm for it. The algorithm, implementing a dynamic programming approach based on the sweep-line paradigm, is exact and runs in quadratic time. We show that, compared to classical collinear chaining, chaining with overlaps improves on real bacterial data, while remaining almost as efficient in practice. Our novel tool, YOC, is evaluated together with other four WGA tools on a dataset composed of 694 pairs of intra-species bacterial genomes. The results show that YOC improves on divergent cases by detecting more distant similarities and by avoiding misaligned regions. In conclusion, YOC should be easier to apply automatically and systematically to incoming genomes, for it does not require a post-filtering step to detect misalignment and is less complex to calibrate.

La biosphère traverse une crise de biodiversité pour laquelle les milieux insulaires sont l’épicentre. Les invasions biologiques y constituent l’un des principaux facteurs de forçage, notamment du point de vue de l’altération des mutualismes, pour le fonctionnement et le maintien des écosystèmes. Durant notre travail en Nouvelle-Calédonie, nous nous sommes intéressés à un groupe clé de voute pour le fonctionnement des écosystèmes, les fourmis, et leur implication vis-à-vis de la dispersion de graines (myrmécochorie). Nous avons réalisé la première identification de plantes autochtones myrmécochores, avec une prépondérance des espèces sur substrats ultramafiques. Puis, nous avons testé la dispersion par les fourmis sur ces substrats. Après avoir caractérisé les communautés selon un gradient de perturbation anthropique, nous avons évalué la dispersion et la contribution des fourmis invasives à ce service par rapport aux fourmis natives. Ainsi, Solenopsis geminata semble capable d'une meilleure dispersion que les espèces natives. A contrario, Wasmannia auropunctata exclue les espèces natives sans assurer de dispersion efficace. Dans le contexte d’un régime de perturbations intense, nos travaux illustrent une communauté néo-assemblée de fourmis, dominée par des exotiques dont certaines pourraient assurer un relai de fonction pour la dynamique des maquis. Nos travaux illustrent la « contexte dépendance » des impacts d’espèces invasives en fonction du niveau de perturbation anthropique. Ils permettent de discuter la contribution possible de ces fourmis pour la restauration après perturbation sur substrats ultramafiques, voire de leur valorisation en ingénierie écologique. / The biosphere is experiencing a biodiversity crisis, which for islands are the epicenter. Biological invasions are there, one of the main drivers, especially regarding the alteration of mutualistic relationships for the functioning and the maintenance of ecosystems. Thus, during our work in New Caledonia, we focused on a key group for ecosystem functions: ants, and their involvement in seed dispersal (myrmecochory). We carried out the first assessment of this mutualism in New Caledonia with the identification of indigenous myrmechorous plants, with a preponderance of species on ultramafic soils. Then, we evaluated the magnitude of seed dispersal by ants on these soils. After the characterisation of ant communities across an anthropic disturbance gradient, we evaluated seed dispersal capabilities of exotic ant compared to native ones. Solenopsis geminata appears to offer a more efficient seed dispersal than natives. On the other hand, Wasmannia auropunctata excludes native species without ensuring effective dispersal. In the context of an intense disturbance regime, our work illustrates a neo-assembled community of ants, dominated by exotic ones, some of which could provide a function relay with respect to maintaining the dynamic of maquis. Our work illustrates the “context dependency” of invasive species’ impacts as a function of anthropogenic disturbance’s level. It also discusses the possible contribution of these ants in a context of restoration after disturbance of habitats on ultramafic substrates, or even their use in ecological engineering program.

Les agroécosystèmes sont des mosaïques d’espaces cultivés, d’espaces naturels et semi-naturels et d’infrastructures humaines fortement imbriqués et donc intrinsèquement liés et dépendants. Les espaces semi-naturels sont confinés généralement aux bordures de champs et aux bordures de route où se côtoient biodiversités végétales cultivées et sauvages. Cette thèse se concentre principalement sur la dispersion des graines de colza (Brassica napus L.) vers ces espaces qui peut conduire à la formation de populations de colza dites férales. A l’échelle d’un agroécosystème, l’étude de données génotypiques couplées à des méthodes d’assignations aux variétés commerciales existantes, a permis de mettre en évidence un lien entre la diversité variétale des champs de colza cultivés et la diversité variétale des populations férales de l’année suivante. De surcroît, l’étude de ces diversités variétales a montré que les champs ne sont pas des entités uniformes comportant des plantes d’une seule variété et que les populations férales accumulent les variétés au fil des années grâce aux apports annuels des champs récoltés, à la survie dans la banque de graines et à l’autorecrutement au sein des populations férales. La modélisation des flux efficaces de graines par une méthode de maximum de vraisemblance a permis d’identifier des dynamiques de dispersion locales au sein des agroécosystèmes. Suivant la zone considérée et les axes de circulation vers le silo de récolte, les sources locales de graines varient et les apports extérieurs de graines sont plus ou moins importants. Nos données nous ont permis d’estimer que les semis de la même année (n), les champs récoltés l’année antérieure ou même les années précédentes (jusqu’à n-2) pouvaient contribuer de manière significative à la présence de populations férales (l’année n). Les distances moyennes de dispersion estimées varient de la dizaine de mètres au kilomètre. Enfin, une expérimentation in-situ nous a permis de quantifier les pertes de graines pendant la récolte liées aux bennes de récolte. Nous avons évalué ces pertes à 400 graines par m2 et nous avons mis en évidence de rares évènements de pertes massives de graines. L’analyse statistique des résultats de ces pertes nous a permis de les mettre en relation avec des caractéristiques du paysage, notamment les surfaces des champs et les axes de circulations principaux et secondaires. Dans le contexte de mise en culture de plantes transgéniques, ces résultats impliquent de prendre en compte la complexité du paysage dans les modèles qui prédisent les flux de transgènes à l’échelle des agroécosystèmes. / Agroecosystems are mosaics of cultivated areas where natural and semi-natural areas and human infrastructures are strongly nested and intrinsically linked and dependent. Semi-natural areas are generally confined to field edges and roadsides where wild and cultivated plants biodiversity are combined. This thesis focuses mainly on seed dispersal of oilseed rape (Brassica napus L.) towards semi-natural areas which can lead to establishment of feral oilseed rape populations. At the agroecosystem scale, the study of genotypic data coupled with assignment methods to existing commercial cultivars has highlighted the link between diversity of cultivars of oilseed rape cultivated fields with diversity of cultivar of feral populations the following year. Furthermore, the study of cultivar diversity revealed that fields are not uniformly composed of plants of a unique cultivar and that feral populations accumulate different cultivars over years consecutive of annual seeds rain of harvested fields, survival in the seed bank and self-recruitment in feral populations. Modeling the effective seed flow with maximum likelihood method revealed local dispersal dynamics within the agroecosystem. Local and extern sources of seeds differ according the area studied and the traffic roads to the silo. Our data have shown that both sowing of the same year (n), the fields harvested the previous year or even in previous years (up to n-2) could significantly contribute to the presence of feral populations (year n). The average dispersal distances estimated range from ten meters to kilometers. Finally, an in-situ experiment enabled us to quantify seed losses during harvest related to grain trailers. We evaluated these losses to 400 seeds per m2 and we highlighted rare events of massive seed deposition. Statistical analysis of these losses enabled us to relate them with landscape elements, including the traffic roads and. In the context of GM crops cultivation in agroecosystems, these results emphasize the need to introduce the landscape complexity in models predicting the presence and persistence of GM OSR feral populations.

La famille des Astéracées est économiquement très importante, car beaucoup de ses plantessont cultivées principalement pour leurs valeurs alimentaires dont la laitue (Lactuca), lachicorée (Cichorium) et le tournesol (Heliantus annuus) cultivé pour son huile. Une despropriétés typiques de cette famille, dont fait partie le Silybum marianum, est la richesse deses huiles en divers composés naturels bénéfiques pour la santé. Actuellement et pour lesdécennies à venir, les maladies liées à l’âge constituent un problème majeur de santépublique. Prévenir leur apparition ou s'opposer à leur évolution est un objectif majeur. Dansce contexte, les activités cytoprotectrices de l'huile de graines de Silybum marianumoriginaires de différentes régions de la Tunisie ont été étudiées sur le modèled’oligodendrocytes murins 158N en utilisant le 7-cétocholestérol (7KC) comme agentcytotoxique. Le 7KC a été utilisé car il est augmenté dans le plasma, le liquide céphalorachidienet/ou certains tissus (paroi vasculaire et intestinale, rétine, cristallin, cerveau) depatients atteints de maladies liées à l’âge (maladies cardiovasculaires, maladie d'Alzheimer,dégénérescence maculaire liée à l’âge, cataracte) ou de maladies inflammatoires évolutives del’intestin. Le 24S-hydroxycholestérol (24S-OHC) a aussi été utilisé car il est augmenté dans lecerveau aux stades précoces de la maladie d’Alzheimer. Afin de déterminer la composition del'huile de Silybum marianum (acides gras, tocophérols, polyphénols, phytostérols) diversestechniques physicochimiques et de chromatographie liquide et gazeuse ont été utilisées. Lespropriétés anti-oxydantes de l'huile de Silybum marianum ont été définies par les tests KRL,FRAP et DPPH et les propriétés cytoprotectrices par des techniques complémentaires demicroscopie, de cytométrie en flux et de biochimie. Les études sur la compositionphysicochimique des huiles des graines de Silybum marianum de différentes régions de laTunisie (Bizerte, Sousse, Zaghouan) ont montré que ces dernières sont riches en Vitamine E(α-tocophérol) et sont fortement anti-oxydantes. Les acides gras majeurs sont l'acidelinoléique (C18:2) (valeurs comprises entre 57,0% et 60,3%) et l'acide oléique (C18:1) (lesvaleurs se situent entre 15,5% et 22,4%). Trois acides phénoliques ont également étéidentifiés (vanillique, p-coumarique et silybine), avec une prédominance de l'acide vanillique.Sur les cellules 158N, ces huiles atténuent la cytotoxicité du 7KC et du 24S-OHC: perted'adhérence cellulaire, altération de la membrane plasmique, dysfonctionnementmitochondrial, surproduction d’espèces réactives de l’oxygène, induction de l'apoptose(condensation et / ou fragmentation nucléaire, activation de la caspase-3 et clivage PARP) etautophagie (activation de LC3-I en LC3-II). L'atténuation des effets cytotoxiques du 7KC etdu 24S-OHC observée avec les huiles de Silybum marianum est de l'ordre de celle observéeavec l’α-tocophérol utilisé comme témoin positif. La composition chimique et les résultatsobtenus cellules 158N sont en faveur d’effets bénéfiques de l’huile de Chardon-Marie sur lasanté humaine et la prévention de certaines maladies liées à l’âge. / The family Asteraceae is economically very important because many of its plants are grownmainly for their food values including lettuce (Lactuca), chicory (Cichorium) and sunflower(Heliantus annuus) grown for its oil. One of the typical properties of this family, whichincludes Silybum marianum, is the richness of its oils in various natural compounds beneficialto health. Currently and for decades to come, age-related diseases are a major public healthproblem. Preventing their appearance or opposing their evolution is a major objective. In thiscontext, the cytoprotective activities of Silybum marianum seed oil originating from differentarea of Tunisia were studied on the 158N murine oligodendrocyte model using 7-ketocholesterol (7KC) and 24S-hydroxycholesterol (24S-OHC) as a cytotoxic agent. The 7KChas been used because it is increased in plasma, cerebrospinal fluid and / or tissues (vascularand intestinal wall, retina, lens, brain) of patients with age-related diseases (cardiovasculardiseases, Alzheimer's disease, age-related macular degeneration, cataract) or inflammatorybowel disease. The 24S-OHC was used because it is increased in the brain at the early stagesof Alzheimer’s disease. In order to determine the composition of Silybum marianum oil (fattyacids, tocopherols, polyphenols, phytosterols) various liquid and gas chromatographytechniques were used. The anti-oxidant properties of Silybum marianum oil were defined byKRL, FRAP and DPPH tests and cytoprotective properties by complementary microscopy,flow cytometry and biochemistry techniques. Studies on the physicochemical composition ofSilybum marianum seeds oils from different regions of Tunisia (Bizerte, Sousse, Zaghouan)have shown that the latter are rich in vitamin E (α-tocopherol) and are strongly antioxidant.The major fatty acids are linoleic acid (C18:2) (values between 57.0% and 60.3%) and oleicacid (C18:1) (values between 15.5% and 22.4%).. Three phenolic acids have also beenidentified (vanillic, p-coumaric and silybin), with a predominance of vanillic acid. On 158Ncells, these oils attenuate the cytotoxicity of 7KC and 24S-OHC: loss of cell adhesion,alteration of the plasma membrane, mitochondrial dysfunction, overproduction of reactiveoxygen species, induction of apoptosis (nuclear condensation and / or fragmentation). ,activation of caspase-3 and PARP cleavage) and autophagy (activation of LC3-I in LC3-II).The attenuation of cytotoxic effects of 7KC and 24S-OHC observed with Silybum marianumoils is of the order of that observed with α-tocopherol used as a positive control. The chemicalcomposition and results obtained on 158N cells are in favor of the beneficial effects of milkthistle oil on human health and on its ability to prevent some age-related diseases.

Cette thèse, effectuée en collaboration entre le CEMES-CNRS, le laboratoire Satie (ENS Cachan) et NXP Semiconductors est motivée par la compréhension des mécanismes de défaillance des dispositifs MOSFET pour les applications dans l'industrie automobile. Un facteur limitant de la fiabilité à long terme des modules de puissance basse tension est le vieillissement électrothermique et/ou thermo-mécanique des parties métalliques de la source: métallisation en aluminium (ou alliage) et fils de connexion. A cause de la différence de coefficient de dilatation thermique entre la métallisation les oxydes et le substrat semi-conducteur, la température atteinte pendant les cycles de fonctionnement (quelques centaines de degrés), induit une déformation plastique inévitable dans le métal, qui est le matériau le plus mou dans l'architecture complexe du MOSFET. Nous avons caractérisé la microstructure métallique avant et après les tests de vieillissement électrothermique accélérés, en utilisant des techniques spécifiques du domaine de la métallurgie physique: microscopie électronique et ionique, cartographie d'orientation de grains et de la composition chimique. Pour la première fois, la métallisation de la source a été caractérisée sous les fils de connexion, qui sont cent fois plus épais que la métallisation. Cet emplacement est critique pour la fiabilité du composant, car le processus de soudure par ultrasons induit une déformation plastique importante qui peut affaiblir la métallisation initiale avant le vieillissement. Ceci est peu étudié dans la littérature en raison de la difficulté à accéder à la métallisation sous les fils sans altérer leur interface, souvent endommagée et fragilisée dans les modules vieillis. Nous avons mis en place des méthodes de préparation d'échantillon, basées sur le polissage ionique, pour étudier cette interface, sans introduire d'artefacts de préparation. Le processus de soudure à froid induit une déformation plastique sévère et non uniforme dans la métallisation sous les fils sans parvenir à recréer un bon contact électrique: de petites cavités et des résidus d'oxyde natif, ont été systématiquement observés à l'interface Al / Al, dans tous les modules analysés, avant et après vieillissement. Le mécanisme principal de défaillance des modules est la génération et la propagation de fissures de fatigue dans l'aluminium, associée à une oxydation locale qui empêche la fermeture de ces fissures. Sous et en dehors des fils de connexion, ces fissures traversent la métallisation perpendiculairement à la surface jusqu'au substrat en silicium en suivant les joints de grains. Cette fissuration est due à la diffusion intergranulaire accélérée des atomes d'aluminium. Dans la zone de soudure, le phénomène de fissuration parallèle à l'interface est favorisé par les imperfections initiales (cavités, oxyde). Les expériences de tomographie ionique ont montré que ces fissures sont confinées à l'interface fil-métal et ne se propagent pas dans le fil malgré sa plus faible résistance mécanique (Al pur, structure à grains plus grands). La propagation de la fissure le long de l'interface Al/Al peut provoquer une diminution du contact entre le fil et la métallisation de la source et éventuellement son décollement. Les fissures dans le métal source peuvent expliquer l'augmentation locale de la résistance et de la température du module qui accélère le processus de vieillissement jusqu'à l'échec. Cette étude a établi de nouvelles techniques dédiées et des méthodes de quantification pour évaluer le vieillissement des parties métalliques des modules MOSFET. La caractérisation complète de l'interface soudée, intrinsèquement défectueuse et la dégradation de la métallisation pendant le vieillissement électrothermique ouvrent la voie à l'amélioration possible les technologies actuelles et au développement potentiel de nouveaux procédés. / This thesis, a collaboration between CEMES-CNRS, Satie laboratory (ENS Cachan) and NXP Semiconductors is motivated by the comprehension of the failure mechanisms of low voltage power MOSFET devices produced for ap- plications in the automotive industry. A limiting factor for the long-term reliability of power modules is the electro- thermal and/or thermo-mechanical aging of the metallic parts of the source: Al metallization and bonding wires. At the temperature reached during the on-off operating cycles (few hundred degrees), the difference in the coefficient of thermal expansion between the metallization and the oxide and semicon- ductor parts induces an inevitable plastic deformation in the metal, which is the softest material in the complex MOSFET architecture. We have characterized the metal microstructure before and after accelerated electro-thermal aging tests, by using specific techniques from the field of the physical metallurgy: electron and ion microscopy, grain orientation and chem- ical composition mapping. For the first time the source metallization has been characterized both away and under the bonding connections, which are one hundred times thicker than the metallization layer. The latter is a critical loca- tion for the reliability assessment because the ultrasonic bonding process may weaken the initial metallization microstructure by adding an important plas- tic deformation prior to aging. This is, however, poorly stated in the literature because of the difficulty to access the metallization under the wires without damaging their bonding, which is known to be particularly weak in case of aged modules. In order to investigate the wire-metallization interface, we have set up origi- nal sample preparations, based on ion polishing, that allowed us to disclose the metallization under the bonding wires without introducing preparation artifacts in the microstructure. The bonding process induces a severe and non- uniform plastic deformation in the metallization under the wires without re- creating a good electrical contact: small cavities and native oxide residues, have been systematically observed at the Al/Al interface, in all the analyzed mod- ules, before and after aging. The main mechanism behind the device failure is the generation and propa- gation of fatigue cracks in the aluminum metallization, associated to a local Al oxidation that prevents these crack from closing. Away and under the wire bonds, they run perpendicularly from the surface down to the silicon substrate following the grain boundaries, due to an enhanced intergranular diffusion of aluminum atoms. In the bonding area, the phenomenon of parallel cracking is favored by the initial imperfections in the wire-metallization bonding. Ion to- mography experiments have shown that these cracks are confined to the wire- metal interface and do not propagate in the wire despite its lower strength (pure Al, larger grain structure). Crack propagation along the Al/Al interface can cause a contact reduction between the wire and the source metallization and eventually its failure. Such discontinuities in the metal can explain the lo- cal increase in the device resistance and temperature that accelerates the aging process until failure. This study settled new, dedicated techniques and quantification methods to as- sess the aging of the metal parts of MOSFET devices. The full characterization of the intrinsically defective interface generated by the bonding process and the metallization degradation during electro-thermal aging indicated paths to possible improvements of current technologies and potential developments of new processes.

Les bords de route constituent un des principaux habitats herbacés et linéaires des paysages agricoles, ils jouent le rôle de refuge pour différentes espèces et constituent aussi un habitat favorable pour des espèces adventices jugées problématiques. L’objectif de cette thèse est de mesurer les effets de la structure du paysage et des pratiques de gestion sur la flore de l’interface route – champ cultivé. Nos résultats suggèrent que les communautés végétales de l’interface ont une réponse temporellement décalée vis-à-vis des changements paysagers. L’étude de la végétation exprimée et de la dispersion des graines montre que la fauche tardive n’est pas le levier de gestion optimal pour favoriser la diversité végétale du bord de route, et que les pratiques de fauche influencent aussi la flore de la bordure intérieure du champ. Afin de limiter les influences croisées des pratiques de gestion, nous suggérons des stratégies réfléchies à l’échelle de l’interface route – champ. / Road verges constitute the main herbaceous and linear habitats of arable landscapes. They represent a refuge for different species, but also constitute a habitat for weeds considered problematic. The aim of this thesis was to measure the effects of landscape structure and management practices on the flora of the road-field boundary. Our results suggest that plant communities of road-field boundary have a time lagged response to landscape changes. The study of the vegetation and of seed dispersal showed that late mowing was not the optimal method to promote plant diversity on road verges and that mowing practices also influenced the flora of the inner field margin. To limit the cross-influence of management practices, we recommend well thought out strategies at the scale of the road-field boundary.

Les dernières décennies représentent un tournant majeur concernant les invasions biologiques avec une augmentation sans précédent de leur rythme et de leur ampleur, en lien direct avec les activités humaines, en particulier la mondialisation. Certains invasifs se propagent à une vitesse très rapide dans leur nouveau milieu. L’invasion européenne de la punaise Leptoglossus occidentalis, illustre parfaitement ce phénomène et offre un modèle d’étude particulièrement intéressant. Cette thèse a pour but de tester des hypothèses permettant d’expliquer la rapidité de cette invasion. Pour répondre à cet objectif, nous avons choisi d’utiliser une approche pluridisciplinaire combinant des études de génétique des populations (natives et introduites) à des études de biologie et d’écologie des populations invasives. Grâce à l’utilisation de marqueurs moléculaires et de méthodes Bayésiennes (ABC), nous démontrons que l’invasion en Europe suit un scénario " tête de pont ", au sens où la population invasive de l’Est de l’Amérique du Nord a servi de source pour l’invasion européenne. Nos résultats confirment les soupçons d’introductions multiples dans des zones géographiquement déconnectées. En outre, l’étude de génétique des populations, associée aux mesures expérimentales des capacités de vol, indique que les capacités intrinsèques de dispersion de cette espèce sont particulièrement élevées. Les conditions rencontrées en Europe par les populations introduites ne sont pas un frein à l’invasion. L’espèce s’accommode parfaitement des nouvelles essences de conifères rencontrées sur le continent. La polyphagie observée dans la zone native est confirmée dans la zone d’introduction européenne, constituant un atout pour l’établissement des populations. De plus, cette étude révèle les risques écologiques que cette espèce représente pour la flore native européenne. Les dégâts occasionnés semblent s’additionner à ceux des ravageurs natifs, diminuant ainsi le potentiel de régénération naturelle. L’ensemble de ces résultats constitue une contribution à la connaissance des mécanismes sous-tendant les invasions biologiques, notamment sur la rapidité de propagation de certains invasifs, et met l’accent sur des phénomènes sous-estimés il y a encore peu de temps comme le scénario d’invasion " tête de pont ". / During the last decades, biological invasions were observed to increase exponentially, at an unprecedented rate and magnitude, in direct relation with the human activities, especially globalization. In this context, some invasive species spread very quickly in the area of introduction. The European invasion of Leptoglossus occidentalis is a good example of this phenomenon. This study aimed at testing some hypotheses to explain the rapidity of this invasion. To reach this goal, we used a multidisciplinary approach combining population genetics (analyzing samples from native and invaded areas) with a study of biological and ecological characteristics of the invasive populations. Through the use of molecular markers and Bayesian methods (ABC), we confirmed previous suspicions and demonstrated that the European invasion proceeded from multiple introductions in distant geographic areas. Our results also indicated that a primarily invaded area of Eastern North America acted as a bridgehead for the invasion in Europe. Moreover, population genetics, combined with an experimental measurement of the bug flight capabilities using flight mills, revealed that the intrinsic capacities of dispersion of this species are particularly high. The environmental conditions of the newly invaded areas in Europe did not constitute a barrier to the invasion of L. occidentalis. Its high degree of polyphagy was confirmed on European conifers, quite all species being susceptible to be exploited, thus favoring population establishment. . Furthermore, this study highlights the ecological threat represented by this insect which can affect the native flora in Europe. Actually, bug damage which can be important, seems to be additive to those of native insects exploiting cone and seed resources, thus decreasing the potential of natural regeneration. This work contributes to improve knowledge on biological invasions, especially to understand the reasons underlying the rapid spread observed in some invasive species, and highlights phenomenon underestimated until recently such as the Bridgehead scenario.

Le colza est une oléagineuse très exigeante en soufre (S). L'étude des impacts de limitations en S sur la physiologie du colza et sa qualité grainière revêt un intérêt majeur dans un contexte de baisse des dépôts atmosphériques entrainant un appauvrissement des sols en S. Les objectifs étaient donc d'étudier l'incidence d'une limitation en S sur la physiologie de jeunes feuilles, et sur la qualité, le métabolisme soufré et la vigueur germinative des graines. L'analyse physiologique (photosynthèse, flux de S par utilisation de traceur ³⁴S-sulfate), protéomique et biochimique (métabolites S, espèces réactives de l'O₂) a démontré qu'une limitation en S provoque des perturbations du métabolisme carboné et soufré de la feuille et de la graine, pouvant affecter la qualité grainière. Ainsi, une restriction en S au stade rosette se traduit par la chute de l'activité photosynthétique des jeunes feuilles et conduit à un stress oxydatif. Des restrictions en S à différents stades reproducteurs altèrent la qualité protéique et lipidique de la graine aboutissant à une accumulation amoindrie des acides oléique, linoléique, linolénique et des protéines de stockage (SSPs) riches en S. Une accumulation accrue de SSPs pauvres en S permet un maintien de la teneur en protéines de la graine en cas de restriction survenant en fin de cycle. L'accumulation de S dans les protéines de la graine apparaît principalement contrôlée par la synthèse protéique. La vigueur germinative des graines produites est réduite en cas de restriction précoce en S. Ces travaux ont également permis de démontrer que le péricarpe et la graine en développement sont capables d'assimiler le sulfate par la voie réductrice.

Les changements globaux, notamment les changements d'usage des terres, modifient profondément le fonctionnement des écosystèmes et la biodiversité et, ont déjà impacté de nombreux services écosystémiques. La disparition de ces écosystèmes souligne la nécessité de préserver les zones intactes, et la restauration des zones détruites ou perturbées peut permettre de venir en appui aux efforts de conservation et minimiser les dommages. Ce travail a pour objet d’étude les campos rupestres, des pelouses néotropicales d’altitude, faisant partie du Cerrado (savane brésilienne), qui recèlent une importante biodiversité et qui, comme bien d'autres écosystèmes de montagne, fournissent de précieux services écosystémiques tels que la filtration de l’eau. Ils ont été, et sont encore, grandement affectés par les activités humaines (les travaux de génie civil, les carrières ou les mines). Le premier objectif de cette thèse était de décrire l'écosystème de référence, afin de définir clairement un objectif de restauration et mesurer les progrès et le succès de la restauration. Nous avons montré que les campos rupestres sont composés d'au moins deux communautés végétales distinctes (une avec un substrat caillouteux et l’autre avec un substrat sableux), chacune ayant une composition en espèces et une structure particulières ainsi qu’une grande biodiversité. La phénologie reproductive varie au sein des communautés herbacées: la majorité des espèces fleurissent et fructifient pendant la saison des pluies, d'autres se reproduisent en revanche durant la saison sèche. Tout au long de nos 2 années de suivis phénologiques, certaines espèces dominantes, notamment des Poaceae, n'ont pas été observées en fleur impliquant une dispersion limitée de ces espèces vers les zones dégradées. Les communautés végétales de campos rupestres ne sont pas résilientes aux fortes perturbations: plusieurs années après, presque aucune des espèces cibles n’ont été trouvées en zones dégradées, les sols ont complètement été modifiés et les banques de graines ne se sont recomposées qu’avec des espèces rudérales non désirées. Selon le modèle des filtres, une communauté résulte d’un pool régional d’espèce sélectionné par un ensemble de filtres : de dispersion, abiotique et biotique. Les interventions de restauration mises en place avaient pour but d’agir sur ces différents filtres afin de diriger la dynamique des communautés végétales. Nous avons mis en place trois protocoles de restauration in-situ (le transfert de foin, la translocation d’espèce et la translocation de plaque de végétation) pour restaurer les deux types de communautés de campos rupestres identifiées. Le transfert de foin n’a pas permis la restauration des communautés végétales de campos rupestres en raison de l’importante altération des sols et, surtout, à cause de la mauvaise qualité des graines. En effet, nos études de germination ont montré que, alors que certaines espèces de Xyridaceae et Velloziaceae germent très bien, certaines espèces dominantes de Poaceae, de Cyperaceae ou d’Asteraceae ont des graines soit vides, soit non viables, soit dormantes ; le semis se révèle alors peu efficace. Nous n’avons pas mis en évidence d’effet positif du feu sur la germination des espèces de campos rupestres. La translocation d'espèces s’avère un succès pour une seule espèce, Paspalum erianthum. Pour les autres, les dommages causés au niveau des racines lors de la translocation limitent probablement leur survie. Enfin la translocation de plaques de végétation s’avère être la méthode la plus efficace permettant à de nombreuses espèces d’être réintroduites en zones dégradées. En raison de la faible résilience des campos rupestres dans lesquels les plaques de végétation ont été prélevées, cette méthode ne peut être envisagée que pour sauver des habitats dans le cas extrême où leur destruction est inévitable. Face à la difficulté de restaurer les campos rupestres, leur protection et leur conservation doit être une priorité / Global environmental changes, especially land-use changes, have profound effects on both ecosystem functioning and biodiversity, having already altered many ecosystem services. These losses emphasize the need to preserve what remains; however when conservation programs are not sufficient, restoring areas that have been destroyed or disturbed can improve conservation efforts and mitigate damages. This work focuses on campos rupestres, Neotropical grasslands found at altitudes, which are part of the Cerrado (Brazilian savannas). They host a great biodiversity with a high level of endemism and, like other mountain ecosystems, provide valuable ecosystem services, such as water purification and recreational services. They have been and still are being impacted by human activities, such as civil engineering construction, quarrying or mining. The first objective of this thesis was to describe the reference ecosystem in order to aim for a clear restoration target and to monitor progress and success. We show that campos rupestres are composed of at least two distinct plant communities (i.e. sandy and stony grasslands), each having a specific composition and structure, hosting a great biodiversity. Several phenological patterns occur among the herbaceous communities: the majority of species flowers and fruits appear during the rainy season but other patterns can be observed. During our 2-year survey, some dominant species belonging to Poaceae, among others, were not observed reproducing, which implies limited chances to disperse on degraded areas. Campo rupestre vegetation is not resilient following a strong disturbance: several years after the disturbance, almost no native species are encountered on the degraded areas, soils are completely altered and seed bank recomposes only with non-target ruderal species. According to the filter model, a local community is a subset of the regional species pool determined by a set of dispersal, abiotic and biotic filters. Acting on the different filters to influence the plant community was the core of our restoration interventions. We then applied three in-situ restoration protocols (hay transfer, species translocation and turf translocation) to restore both kinds of grassland. Hay transfer does not allow the restoration of campo rupestre vegetation because of soil alteration and mainly because of poor seed quality. Indeed, germination studies show that, while some Xyridaceae and Velloziaceae have a high germinability, some dominant Poaceae, Cyperaceae or Asteraceae species have embryoless, unviable or dormant seeds, which makes seeding less efficient. There is no evidence that fire-related cues enhance germination in campos rupestres. Species translocation is successful for only one species, Paspalum erianthum; for the others, root damages probably impede survival. Finally, turf translocation is the most successful method, since numerous species are re-introduced on degraded areas. However due to the low resilience of pristine campos rupestres where turfs are taken from, turf translocation can only be considered in the case of habitat rescue, in circumstances when complete habitat destruction is otherwise unavoidable. Face to the difficulty to restore these peculiar grasslands, the protection and the conservation of campos rupestres must be made a high priority

Dans un contexte de recherche de solutions pour une agriculture à la fois productive et durable, les principes, théories et méthodes de l'écologie semblent offrir des pistes à explorer pour comprendre le fonctionnement biologique des agro-écosystèmes. Notre cas d'étude concernait les informations collectées par un réseau d'observatoires de la flore adventice à l'échelon national ('Biovigilance Flore') sur lequel nous avons recherché les règles sous jacentes à l'assemblage et la dynamique des communautés adventices au sein des parcelles de grandes cultures annuelles. Nous avons en particulier étudié les relations qui peuvent exister au sein des espèces d'une même communauté ainsi que celles affectant les relations des communautés à leur environnement. Pour tenir compte de son importance avérée dans la constitution des assemblages, nous avons conduit notre étude en tenant compte de l'abondance de la population de chaque espèce. Les principaux résultats issus des travaux réalisés au cours de cette thèse sont : Un assemblage non aléatoire des abondances et une structuration conduisent à une homogénéisation des abondances observées à l'échelle des parcelles. Selon la densité totale d'adventices sur une parcelle, on observe des structurations opposées selon qu'une espèce domine, ou non, dans la communauté. Même si la méthodologie employée pour réaliser les relevés nous empêche d'en avoir la preuve, nous suspectons que l'abondance des adventices répond à la compétition qui s'exerce dans certaines conditions directement entre espèces adventices.Le choix du modèle nul servant de base de comparaison dans les situations où il n'y a pas de témoin joue un rôle important dans la conduite des analyses des observations issues d'inventaires. L'échelle semi-quantitative pour rendre compte des variations d'abondance pose problème puisque aucun modèle nul n'a été développé pour ce format particulier. Un modèle adapté à notre situation, mais malgré tout générique, a été développé. Il apporte une amélioration sensible par rapport à l'existant pour étudier le degré de co occurrence (ainsi que la dispersion de traits) dans le cas de données semi-quantitatives. Ceci a des conséquences sur notre capacité à distinguer les facteurs ayant un rôle de filtre sur la flore potentielle qui s'exprime. La modélisation de la dynamique d'une espèce au sein d'une parcelle au fil des successions culturales nécessite de rendre compte de la dynamique du stock de graines dans le sol. Inconnu, ce stock de graines a été considéré comme une variable cachée, modélisable par l'utilisation d'un modèle de Markov caché. Cette approche s'est trouvée être remarquablement adaptée à la biologie des espèces annuelles. Nous avons ainsi pu appréhender l'effet des pratiques culturales sur la dynamique du stock de graines et de la flore levée. Cette étude a des retombées tant sur l'identification des traits d'histoire de vie que sur leur variabilité face à des stratégies de gestion qui seraient déployées pour assurer le contrôle d'une flore spécifique. Nous avons ainsi pu appliquer avec succès quelques principes théoriques et améliorer les méthodes d'analyse afin de tenir compte des spécificités des espèces adventices, de l'amplitude des fluctuations du milieu dans lequel elles évoluent et des spécificités de nos données. Il existe une marge de progrès sur la collecte des données à réaliser sur les réseaux d'observatoires si l'on veut maîtriser la connaissance des leviers les plus à même d'aider au contrôle de la flore adventice