In this thesis the main objective is to design a machine vision system that classifies aflatoxin contaminated chili peppers from uncontaminated ones in a rapid and non-destructive manner via hyperspectral imaging and machine learning techniques. Hyperspectral image series of chili pepper samples collected from different regions of Turkey have been acquired under halogen and UV illuminations. A novel feature set based on quantized absolute difference of consecutive spectral band features is proposed. Spectral band energies along with absolute difference energies of the consecutive spectral bands are utilized as features and compared with other feature extraction methods such as Teager energy operator and 2D wavelet Linear Discriminant Bases (2D-LDB). For feature selection, Fisher discrimination power, information theoretic Minimum Redundancy Maximum Relevance (mRMR) method and proposed Multi Layer Perceptron (MLP) based feature selection schemes are utilized.Finally, Linear Discriminant Classifier (LDC), Support Vector Machines (SVM) and MLP are used as classifiers. It is observed that MLP outperforms other learning models in terms of predictor performance. We verified the performance and robustness of our proposed methods on different real world datasets. It is suggested that to achieve high classification accuracy and predictor robustness, a machine vision system with halogen excitation and quantized absolute difference of consecutive spectral band features should be utilized.

Pre-clinical study of cancer often involves imaging different aspects of a tumor, ranging from visualizing sub-cellular detail to imaging of the tumor anatomy. Multimodal imaging seeks to combine imaging techniques with complementary strengths and use them to provide a more complete picture of the disease. In this dissertation work, the development of various optical, nuclear and magnetic resonance imaging (MRI) techniques applicable to the study of cancer xenografts in murine window chamber models was carried out. Two types of window chamber models were used in this work: the dorsal skinfold WC (DSFWC) model and the mammary WC (MWC) model. The MWC was specifically used to study breast cancer xenografts. In this work, optical pH imaging with a pH-sensitive fluorescent agent was used to evaluate methods to achieve tumor-specific pH modulation. Temporary tumor acidification was performed by administration of an agent that consists of glucose and meta-iodobenzylguanidine. On the other hand, re-normalization of pHₑ in acidic tumor tissue was achieved by administration of buffer solutions, such as sodium bicarbonate. A broadband reflectance spectral imaging system was developed to perform in vivo imaging of oxygen saturation in the MWC murine model. The imaging system was used to study tissue oxygenation changes in animals that receive chemotherapy. Preliminary results were obtained to evaluate the utility of the MWC murine model in imaging the spatiotemporal changes in oxygen saturation (SaO₂) as an early biomarker of response to neo-adjuvant chemotherapy. To study metabolic activity, nuclear imaging of radiolabeled fluorodeoxyglucose (18F-FDG) was carried out using a beta-imager, as well as a pre-clinical PET system. The 2D nuclear imaging capability of the beta-imager was cross-validated with the 3D PET imaging system. Anatomical and functional MRI was performed on the MWC murine model. Anatomical MRI was used to study tumor growth rates, which aid in the identification of animals that responded to chemotherapy. In addition, diffusion-weighted (DW) MRI, dynamic-contrast-enhancement (DCE) MRI, and perfusion MRI were performed to study various functional aspects of the tumor xenografts. Lastly, work was done to incorporate patient derived xenograft (PDX) tumors into the MWC murine model. As opposed to xenografts grown from cultured cancer cells, PDX tumors better recapitulate characteristics of human tumors. This new cancer model is aimed at improving the translational power of pre-clinical studies employing window chamber models.

Thesis (MSc Food Sc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Hectolitre mass (HLM) measurements allow rapid and accurate determination of grain density. HLM devices from different countries (Australia, Canada, France, Germany, South Africa, the United Kingdom and the United States of America [USA]) have been investigated for their effect on the HLM measurements of oats. In addition, the potential of near infrared (NIR) hyperspectral imaging has been evaluated to distinguish between oat samples with different HLM values. Comparing HLM measurements obtained from the respective devices, the USA and the South African devices resulted in significantly (P<0.05) lower HLM values compared to the other devices where as the German device resulted in higher values (P<0.05) than the other devices. HLM values from all the devices were highly correlated with intra-class correlation (ICC) consistency values of at least 0.90. These high correlations would allow direct replacement of the South African device with any of the other devices. The equipment selected as replacement should ideally be calibrated according to the ISO 7971-3 standard (i.e. the device currently used in Germany). HLM values significantly (P<0.05) increased when oat samples were rubbed before measurements were made, indicating the importance of continuation of this sample preparation step. The investigation on the effect of the operator on HLM determinations showed that the unskilled operator measured HLM values significantly different to those obtained by the skilled operator. This emphasises the importance of training in spite of HLM measurements being a simple procedure. A poor correlation (r = 0.18) was found between protein content and HLM values of oat samples. Moisture content significantly affected the HLM values of oats and results clearly showed a decrease in HLM values with increasing moisture content. Scanning electron microscope (SEM) micrographs revealed that the starch granules became swollen and that they increased in size with an increase in moisture content, resulting in a decrease in HLM. NIR hyperspectral imaging offers the testing of individual grains non-destructively. This is often required by plant breeders because they subsequently need to plant selected grains. NIR offers this option to plant breeders. NIR hyperspectral imaging, which combines NIR spectroscopy with digital imaging, was used to distinguish between six oat samples with varying HLM values. NIR spectroscopic differences were observed between the images of the two samples with the highest and lowest HLM values (60.2 and 49.35 kg.hL-1). Less distinct differences were observed in the NIR hyperspectral images of two samples differing by less than 2.0 kg.hL-1. Although mixed oat samples were used, these preliminary results established the possible use of NIR hyperspectral imaging in evaluating oat samples from breeding trials. The use of this technique could also be extended to evaluation of other quality characteristics of oats. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hektolitermassa- (HLM-)metings maak snelle en akkurate bepaling van korreldigtheid moontlik. HLM-toestelle van verskillende lande (Australië, Kanada, Frankryk, Duitsland, Suid-Afrika, die Verenigde Koninkryk en die Verenigde State van Amerika) is ondersoek vir hulle uitwerking op die HLM-metings van hawer. Daarby is die potensiaal van nabyinfrarooi- (NIR-)hiperspektrale beelding geëvalueer om tussen hawermonsters met verskillende HLM-waardes te onderskei. Tydens vergelyking van HLM-metings verkry van die onderskeie toestelle, het die Amerikaanse en die Suid-Afrikaanse toestelle beduidend (P<0.05) laer HLM-waardes opgelewer in vergelyking met die ander toestelle terwyl die Duitse toestel hoër waardes (P<0.05) as die ander toestelle getoon het. Daar was hoë korrelasies tussen die HLM waardes verkry van die apparate met intraklaskorrelasie (IKK) konsekwentheidwaardes van ten minste 0.90. Hierdie hoë korrelasies sou direkte vervanging van die Suid-Afrikaanse toestel met enige van die ander toestelle moontlik maak. Die toerusting gekies as vervanging sou ideaal gesproke in ooreenstemming met die ISO 7971-3 standaard gekalibreer kon word (bv. die toestel wat tans in Duitsland gebruik word). HLM-waardes het beduidend (P<0.05) verhoog toe hawermonsters gevryf is voor metings gemaak is, wat dui op die belang van verlengde gebruik van hierdie stap tydens die voorbereiding van monsters. Die ondersoek na die uitwerking van die operateur op HLM-bepalings het getoon dat die onervare operateur HLM-waardes beduidend verskillend gemeet het teenoor dié verkry deur die ervare operateur. Dit beklemtoon die belang van opleiding ten spyte daarvan dat HLM-metings ’n eenvoudige prosedure is. ’n Swak korrelasie (r = 0.18) is aangetref tussen proteïeninhoud en HLM-waardes van hawermonsters. Voginhoud het die HLM-waardes van hawer beduidend beïnvloed en resultate het duidelik ’n styging in HLM-waardes met verhoging van die voginhoud getoon. Aftaselektronmikroskoop- (AEM-)mikrobeelde het aangedui dat die styselgranules swel en in grootte toeneem met verhoging van die voginhoud, wat aanleiding gee tot ’n verlaging in HLM. NIR-hiperspektrale beelding maak die toets van individuele korrels op niedestruktiewe wyse moontlik. Dit word dikwels deur plantkwekers vereis aangesien hulle na toetsing uitgesoekte korrels moet plant. Nabyinfrarooi bied hierdie opsie aan plantkwekers. NIR-hiperspektrale beelding, wat NIRspektroskopie met digitale beelding kombineer, is gebruik om te onderskei tussen ses hawermonsters met wisselende HLM-waardes. NIR-spektroskopiese verskille tussen die beelde van die twee monsters met die hoogste en laagste HLM-waardes (60.2 en 49.35 kg.hL-1) is waargeneem. Minder duidelike verskille is in die NIR-hiperspektrale beelde van twee monsters wat met minder as 2.0 kg.hL-1 verskil het, waargeneem. Alhoewel gemengde hawermonsters gebruik is, het hierdie voorlopige resultate die moontlike gebruik van NIR-hiperspektrale beelding by die evaluering van hawermonsters van kweekproewe vasgestel. Die gebruik van hierdie tegniek sou ook uitgebrei kon word tot die evaluering van ander kwaliteitseienskappe van hawer.

Parmi les diverses techniques utilisées pour analyser les pigments sur les peintures de chevalet, l'étude s'intéresse aux techniques optiques, en particulier la spectrophotométrie, l'imagerie hyperspectrale, la photographie et la spectrométrie infrarouge. Toutes présentent l'intérêt d'être non invasives : sans contact, non-destructives et aucune ne nécessite de prélèvement sur les œuvres d'art.Une étude comparative des performances des différents appareils a dans un premier temps été réalisée, puis nous avons testé l'efficacité des méthodes utilisées en routine pour la caractérisation des pigments : identification des pigments purs, en mélange, quantification des pigments en mélange. L'étude fut délibérément circonscrite aux pigments historiques avant le XVIIIème siècle, période où la palette des peintres se réduit à un nombre relativement limité de pigments et où les mélanges restent assez simples.L'imagerie hyperspectrale s'est développée ces dernières années pour l'analyse du patrimoine culturel et génère des quantités importantes de données dont le traitement est complexe. Nous avons traité cette technique à part, pour proposer une utilisation simple et accessible. Notre méthodologie d'exploitation des données d'imagerie hyperspectrale s'inspire de la photographie traditionnelle en fausses couleurs et est ouverte à des développements futurs. En effet, il s'agit de générer trois composites en fausses couleurs, en choisissant les bandes spectrales appropriées puis en les combinant afin de mettre en évidence des différences spectrales entre les pigments d'une même catégorie (bleu, vert, jaune ou rouge).Les méthodes optiques ont été testées dans un premier temps sur des échantillons de pigments purs et de mélanges expérimentaux, puis sur des peintures d'Eustache Le Sueur, peintre français du XVIIème siècle. La méthodologie des composites variables a été appliquée aux œuvres, puis confrontée aux techniques traditionnelles d'analyse des pigments, dont l'analyse par fluorescence X et l'examen à la loupe binoculaire.Les résultats sont cohérents et encourageants ; ils permettent d'envisager dans un proche futur le recours à une utilisation de l'imagerie hyperspectrale, avec un protocole simplifié. / Various techniques are currently used to characterize pigments on easel paintings. The present study focuses on optical techniques, especially spectrophotometry, hyperspectral imaging, photography and infrared spectrometry. These techniques are non-invasive, without contact, non-destructive and request no sampling.A technical comparison of the different devices is given before testing the efficiency of the commonly used methods for pigment characterization – pigment identification (pure or in a mixture) and pigment quantification in mixtures. With respect to the pigments themselves, the pre-18th century period was chosen in particular, as the number of pigments was limited and the mixtures quite simple.Analysis of cultural heritage by hyperspectral imaging has been developing fast over the past few years. This technique generates large amounts of data that are complex to process. A simplified method was developed to process the data. An evolutionary approach was chosen to extract image data and this methodology used takes its roots in false color traditional photography. Indeed, three false-color composites were generated by choosing a composition of spectral bands in order to maximize the spectral differences between the pigments of a same color category (blue, red, yellow or green).In a first step, optical techniques were tested on pigment mock-ups (pure or mixed). The variable composite methodology was applied on paintings by Eustache Le Sueur, a French painter from the 17th century. Finally the results were compared to those achieved by classical analytical tools currently used for cultural heritage such as X-ray fluorescence and optical microscopy. The results are quite consistent and very promising in favor of a more regular use of the hyperspectral imaging method.

L’imagerie hyperspectrale issue de la télédétection, va devenir une nouvelle modalité d’imagerie médicale pouvant assister le diagnostic de plusieurs pathologies via la détection des marges tumorales des cancers ou la mesure de l’oxygénation des tissus. L’originalité de ce travail de thèse est de fournir au chirurgien en cours d’intervention une vision améliorée du champ opératoire grâce à une image RGB affichée sur écran, résultat de traitements des cubes hyperspectraux dans le visible, le proche infrarouge et le moyen infrarouge (400-1700 nm). Notre application permet la détection des tissus difficilement détectables et vitaux comme l’uretère. Deux prototypes d’imagerie hyperspectrale utilisant les filtres programmables à cristaux liquides ont été développés, calibrés et mis en oeuvre dans de nombreuses campagnes d’expérimentations précliniques. Les résultats présentés dans cette thèse permettent de conclure que les méthodes de sélection de bandes sont les plus adaptées pour une application interventionnelle de l’imagerie hyperspectrale en salle d’opération puisqu’elles affichent une quantité maximale d’information, un meilleur rendu naturel de l’image RGB résultante et une amélioration maximale de la visualisation de la scène chirurgicale puisque le contraste dans l’image résultat entre le tissu d’intérêt et les tissus environnants a été triplé par rapport à l’image visualisée par l’oeil du chirurgien. Le principal inconvénient de ces méthodes réside dans le temps d’exécution qui a été nettement amélioré par les méthodes combinées proposées. De plus, la bande spectrale du moyen infrarouge est jugée plus discriminante pour explorer les données hyperspectrales associées à l’uretère puisque la séparabilité entre les tissus y est nettement supérieure par rapport à la gamme spectrale du visible. / Hyperspectral imagery initially applied for remote sensing will become a new medical imaging modality that may assist the diagnosis of several diseases through the detection of tumoral margins of cancers or the measure of the tissue oxygenation. The originality of this work is to provide, during surgery, an improved vision of the operative field with a RGB image displayed on screen, as the result of hyperspectral cubes processing in the visible, near infrared and mid-infrared (400-1700 nm). Our application allows the detection of hard noticeable and vital tissues as the ureter. Two hyperspectral imaging prototype using liquid crystal tunable filters have been developed, calibrated and implemented in many preclinical experiments campaigns. The results presented in this thesis allow to conclude that the methods of band selection are most suitable for interventional application of hyperspectral imaging in operating room since they show a maximal amount of information, a better natural rendering of the resulting RGB image and a maximal improvement of visualization of the surgical scene as the contrast in the resulting image between the tissue of interest and the surrounding tissues was tripled compared to the image viewed by the surgeon’s eye. The main drawback of these methods lies in the execution time which was significantly improved by the proposed combined methods. Furthermore, the mid-infrared spectral range is considered more discriminating to explore hyperspectral data associated with the ureter as the separability between tissues is significantly higher compared to the visible spectral range.

Cette thèse est consacrée à l’étude des rangs matriciels et tensoriels des données multidimensionnelles, et au développement de méthodes d’estimation de ces rangs dans le cadre de la transformée en ondelettes. Pour cette étude, nous avons eu re-cours à la décomposition en paquets d’ondelettes et à l’algèbre multilinéaire. Une méthode d’optimisation stochastique bio-inspirée a été adaptée, avec pour objectif final de supprimer le bruit dans des images multidimensionnelles. Pour cela nous avons estimé les différentes valeurs des dimensions du sous-espace de tenseur pour tous les modes des coefficients des paquets d’ondelettes. Nous avons appliqué les méthodes de débruitage proposées à diverses images multidimensionnelles : images RGB, images multispectrales extraites d’images hyperspectrales de pièces métalliques, images par fluorescence des plantes, et images RX multispectrales. Finalement, une étude comparative a été réalisée avec trois principaux types d’algorithmes : d’une part, la méthode de Perona-Malik basée sur la diffusion ; deuxièmement, la troncature de HOSVD (Higher-Order Singular Value Decomposition) et MWF (Multiway Wiener Filtering) et troisièmement, un procédé basé sur la dé- composition en paquets d’ondelettes et MWF (Multiway Wiener Filtering), où les dimensions du sous-espace de signal sont estimées par un critère statistique plutôt que par une méthode d’optimisation. Les résultats sont prometteurs en termes de débruitage en réalité terrain. En définitive, nous aboutissons à un gain de temps avantageux durant le traitement des images hyperspectrales. / This thesis is devoted to study matrix and tensor ranks of multidimensional signalsand to the development of methods for estimating these ranks in the frameworkof the wavelet transform. For this study, we used the wavelet packet decompositionand the multilinear algebra. A bio-inspired stochastic optimization methodhas been adapted, with the ultimate objective of suppressing noise in multidimensionalimages. In order to ensure this, we have estimated the different values ofthe dimensions of the tensor subspace for all the modes of the coefficients of thewavelet packets.We have applied the proposed denoising methods to various multidimensionalimages: RGB images, multispectral images extracted from hyperspectralimages of metal parts, plant fluorescence images, and multispectral RX images.Finally, a comparative study was carried out with three main types of algorithms: onthe one hand, the Perona-Malik method based on diffusion; Second, the truncationof HOSVD and MWF, and thirdly, a method based on wavelet packet decompositionand MWF, where the dimensions of the signal subspace are estimated by a statisticalcriterion rather than by an optimization method. The results are promising in termsof denoising in grund truth. Ultimately, we achieve an advantageous time savingduring the acquisition of hyperspectral images.

Les récentes avancées dans le domaine des plates-formes d’instrumentation légères telles que les drones ou les nano-satellites ont fortement augmenté la demande de capteurs compacts, y compris les capteurs d’imagerie hyperspectrale infrarouge qui sont utilisés, de nos jours, dans des nombreuses applications militaires et civiles. Nous proposons une nouvelle caméra hyperspectrale compacte infrarouge dont les performances nous permettront de viser les domaines applicatifs tels que la détection de gaz (panaches volcaniques ou industriels), la détection de véhicules militaires, la surveillance d’ouvrages (barrages, pipelines) ou encore l’agriculture. Pour y arriver, nous avons choisi la spectro-imagerie par transformée de Fourier utilisant un interféromètre biréfringent à décalage latéral. Nous avons ensuite procédé à une modélisation approfondie de tels interféromètres afin de déterminer une configuration optimale associant compacité et résolution spectrale requise. Cette modélisation a été utilisée pour dimensionner trois prototypes avec des spécifications précises : deux prototypes dans le moyen infrarouge, l’un entièrement refroidi et l’autre partiellement refroidi et un prototype dans le lointain infrarouge. Nous avons ensuite réalisé le prototype partiellement refroidi que nous avons caractérisé en laboratoire et que nous avons mis en œuvre sur le terrain. Cette campagne de mesures nous a permis d’obtenir des images hyperspectrales dans des conditions réelles d’utilisation. Par l’analyse de ces images, nous avons évalué les performances opérationnelles de notre système et identifié les points à améliorer. / Recent advances in the field of lightweight technical platforms like UAV or nano-satellite have increased the demand for compact sensors including infrared hyperspectral cameras which are used nowadays in number of military and civilian applications. We propose a new compact infrared hyperspectral camera, the performance of which will allow it to be used in applications like gas detection, military vehicle detection, industrial installation surveillance or agriculture. To do so, we have chosen Fourier transform imaging spectrometry using a birefringent lateral shearing interferometer. Thereafter, we have deeply studied wave propagation in such an interferometer to find out optimal geometries, and we have designed three prototypes: two in the mid-infrared, partially and entirely cooled, and the other in the far infrared spectral domain. The partially cooled prototype has been realized, characterized in the laboratory and tested on the field. This field campaign provided hyperspectral images on real operating conditions. Analysis of these images allowed us to estimate the performance of our system and to identify the points to be improved.

Purpose: One relevant aspect for anastomotic leakage in colorectal surgery is blood perfusion of both ends of the anastomosis. The clinical evaluation of this issue is limited, but new methods like fluorescence angiography with indocyanine green or non-invasive and contactless hyperspectral imaging have evolved as objective parameters for perfusion evaluation. Methods: In this prospective, non-randomized, open-label and two-arm study, fluorescence angiography and hyperspectral imaging were compared in 32 consecutive patients with each other and with the clinical assessment by the surgeon. After preparation of the bowel and determination of the surgical resection line, the tissue was evaluated with hyperspectral imaging for 5 minutes before and after cutting the marginal artery and assessed by 6 hyperspectral pictures followed by fluorescence angiography with indocyanine green. Results: In 30 of 32 patients the image data could be evaluated and compared. Both methods provided a comparable borderline between well perfused and poorly perfused tissue (p = 0.704). In 15 cases, the surgical resection line was shifted to the central position due to the imaging. The border zone was sharper in fluorescence angiography and was best assessed 31sec after injection. With hyperspectral imaging, the border zone was visualized wider and with more differences between proximal and distal border. Conclusion: Hyperspectral imaging and fluorencence angiography provide similar results in determining the perfusion border. Both methods allow a good and safe visualization of the blood perfusion at the central resection margin to create a well-perfused anastomosis.:Abbildungsverzeichnis II Abkürzungsverzeichnis III 1. Einleitung 1 1.1 Anastomoseninsuffizienz 1 1.2 Hyperspektralbildgebung 2 Methodik und technische Daten 2 1.3 Fluoreszenzangiographie mit Indocyaningrün 4 Methodik und technische Daten 4 Anwendungsgebiet 6 1.4 Chirurgische Technik 6 1.5 Studiendesign und intraoperative Bildgebung 7 1.6 Bisherige Ergebnisse 10 2. Publikation 12 3. Zusammenfassung der Arbeit 21 4. Literaturverzeichnis IV 5. Darstellung des eigenen Beitrags VIII 6. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit IX 7. Danksagung X

La crépidule (Crepidula fornicata) est une espèce invasive des côtes européennes. Hermaphrodite protandre, cette espèce grégaire forme des chaines d’individus qui s’accumulent en forte densité sur les fonds. Longtemps considérée comme un envahisseur néfaste, la crépidule est aussi un ingénieur de l’écosystème, modifiant physiquement et biologiquement son habitat. Elle constitue un modèle biologique pour étudier comment les espèces invasives et ingénieurs peuvent structurer et modifier l’écosystème qu’elles colonisent. Dans le cadre de cette thèse, ces effets ont été examinés à travers le fonctionnement trophique des habitats à crépidules, en lien notamment avec la production primaire benthique. Il a été mis en évidence expérimentalement une stimulation du microphytobenthos (MPB) subtidal grâce à l’activité biologique de la crépidule. La niche trophique de C. fornicata a été redéfinie suite à la découverte de la présence de sphérules de carbonates dans ses tissus, surestimant la contribution du MPB dans son régime alimentaire. L’utilisation de différents marqueurs trophiques (pigments, acides gras, isotopes) a révélé que les jeunes individus mobiles étaient susceptibles de brouter le MPB associé au biofilm présent sur les coquilles. Les adultes sessiles, sont des filtreurs opportunistes, où la matière détritique mais aussi du MPB contribuent à leur régime alimentaire. L’analyse de différents suspensivores inféodés à cet habitat, a démontré que la crépidule n’était pas un compétiteur trophique pour des espèces commercialement importantes (pétoncle noir et huître plate) dû à leurs mécanismes de sélection trophique. À l’échelle du réseau trophique, la crépidule en très forte densité peut conduire à une homogénéisation du réseau trophique global dû à l’enrichissement en matière organique. Au contraire, un banc mort de crépidules montre une complexité trophique similaire à celle d’un banc de maërl, écosystème à forte biodiversité. Cette thèse, en plus d’avoir caractérisé le fonctionnement trophique des bancs de crépidules, montre qu’une espèce invasive, en facilitant certains compartiments biologiques (MPB, suspensivores), peut contribuer à la richesse d’un écosystème comme celui la rade de Brest. / The slipper limpet (Crepidula fornicata) is an invasive species of European coasts. Protandric hermaphrodite, this gregarious species forms individuals' stacks which accumulate in high density on bottom. For a long time considered as a detrimental invader, the slipper limpet is also an ecosystem engineer, modifying its habitat both physically and biologically. It is model to study how invasive and engineer species can structure and modify the ecosystem that they colonize. In this Ph.D. thesis, these effects have been examined through the trophic functioning of habitats colonized by the slipper limpet, with a special reference to the primary benthic production. Experimental stimulation of subtidal microphytobenthos (MPB) has been demonstrated by the biological activity of the slipper limpet.The trophic niche of C. fornicata has been redefined following the discovery of the presence of carbonate spherules in its tissues, overestimating the contribution of MPB in its diet. Several trophic markers use (pigments, fatty acids, isotopes)revealed that young motile individuals were likely to graze the MPB associated to shell biofilm. Sessile adults, were likely opportunistic filter-feeders, where detritus but also MPB contribute to their trophic diet. The analysis of several filter-feeders inhabiting Crepidula beds has demonstrated that the slipper limpet was not a trophic competitor for commercially important species (black scallop and flat oyster) due to their trophic sorting mechanisms. At the food web scale, the high density of slipper limpet can lead to a homogenization of the global food web due to organic matter enrichment. Dead Crepidula bed showed trophic complexity similar to maerl bed, which is a high biodiverse ecosystem. This thesis, in addition to characterize the trophic functioning of Crepidula beds, shows that an invasive species, in facilitating different biological compartments (MPB, filter-feeders), can contribute to the ecosystem richness such as the Bay of Brest.

En combinant des techniques de microscopie et de spectroscopie, il est possible de réaliser des images résolues spectralement. Ces images apportent des réponses à de nombreux problèmes en chimie, biologie, et médecine. La diffusion Raman cohérente (CRS) s'est révélée capable de surpasser la diffusion Raman spontanée dans l'analyse chimique d'échantillons, en offrant une meilleure résolution spatiale et un temps d'acquisition plus faible. La vitesse d'acquisition de l'information spectrale demeure toutefois un facteur limitant en imagerie CRS, et de nombreuses recherches se concentrent sur le développement de nouvelles méthodes d'acquisition. Le présent travail s'inscrit dans cette démarche. En combinant la diffusion Raman stimulée (une branche de la CRS), la focalisation spectrale d'impulsions optiques, ainsi qu'une ligne à délai acousto-optique, nous réalisons les premières mesures à de telles vitesses d'acquisition. Le cadre théorique, technologique, ainsi que l’ingénierie nécessaire pour parvenir à ce résultat sont détaillés. Cette technique d'acquisition rapide est illustrée par le suivi de réaction chimique, le contrôle qualité pharmaceutique, en biologie, et en histologie / Combining microscopy and spectroscopy, one can achieve spectrally resolved imaging, and provide a solution to various chemical, biological, or medical challenges. Coherent Raman scattering (CRS) has proven extremely valuable in providing chemical information, with a higher resolution and shorter acquisition time than spontaneous Raman scattering. The acquisition rate of the spectral information from a sample remains the limiting factor of CRS imaging, and several experimental schemes are being investigated to push the technology toward higher imaging frame rates. This work develops one such scheme. Combining stimulated Raman scattering (a CRS technique), spectral focusing with chirped pulses, and a fast acousto-optic delay line, we achieved unprecedented spectral acquisition rates. The theoretical, technological, and engineering frameworks enabling such acquisition are described in details. The application to pharmaceutical quality control, time resolved chemical transformations, biology, and histology are demonstrated