Cette thèse s'intéresse au développement neuronal in vitro dans le but ultime d'enregistrer l'activité de réseaux de neurones à géométrie et connectivité contrôlées. Le développement neuronal est régi par un ensemble de régulations, intrinsèques mais également sous contrôle de facteurs extérieurs, qui permettent à la cellule d'adhérer à un substrat, de croître, et de se polariser. Une partie de ce travail de thèse explore deux types de contraintes physiques de l'environnement que sont la géométrie d'adhésion et la rugosité de surface. La première révèle l'implication des forces dans les stades précoces de développement neuronal régis par un phénomène de compétition neuritique, et permet in fine de contrôler la direction d'émission de l'axone, notamment par une inhibition de sa différenciation sur lignes ondulées. La seconde montre que la distribution des points d'adhésion peut accélérer la croissance jusqu'à favoriser la polarisation axonale. L'autre partie de ce travail s'attache à résoudre le problème technologique majeur qu'est le remplissage des sites d'adhésion par le biais d'une attraction magnétique, et démontre la possibilité de faire croître des réseaux neuronaux modèles sur nanotransistors. / This thesis focuses on in vitro neuronal development, with the long-term goal of building controlled neuron networks that would allow the recording of their electric activity. A collection of intrinsic regulations are involved in neuronal adhesion, growth and polarization, in such a way that the cell can adapt to changes in its environment. Nevertheless, this environment can affect the behavior of the cell through mechanisms that rely on biophysical signals or even physical properties of this environment. The work presented in this thesis is based on the modification of two main aspects of the physical environment: geometry of adhesion and surface roughness. On the one hand, the geometry is controlled by patterns of adhesions, giving the ability to design bipolar motifs that highligt the importance of mechanical forces in neuronal growth, and also more complex motifs that allow the control of neuronal polarization, in particular by an inhibition of axonal differenciation on curved lines. On the other hand, a roughness below the microscale creates a distribution of adhesion points that results in an increase in neuronal growth rate and even influences axonal polarization. The final part of this thesis focuses on the development of an innovative method for placing cells at precise locations on a substrate, by the help of magnetic traps. This method is the final step required for growing model neuron networks on our nanotransistors.

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En Loire moyenne, deux espèces de Jussies exotiques invasives colonisent principalement les annexes hydrauliques et les grèves du lit endigué. La biologie de ces deux taxons, leurs impacts sur les communautés végétales et animales ont été étudiés. Les résultats des suivis de terrain et des expérimentations in situ et ex situ démontrent en particulier : (i) des différences entre les deux espèces concernant leurs traits reproductifs et leur développement, (ii) la possibilité d'un cycle de reproduction sexuée complet sous le climat ligérien, (iii) un impact nul sur les communautés végétales d'hydrophytes mais qui semble négatif sur les communautés riveraines, (iv) peu de différences entre la diversité et la structuration des communautés d'invertébrés des herbiers de macrophytes autochtones et exotiques. A partir de ces résultats, nous proposons de mettre en oeuvre un protocole de veille et de gestion, en intégrant la nouvelle donnée de forte probabilité de reproduction sexuée.

Des systèmes de culture innovants doivent être proposés pour répondre aux nouveaux objectifs de l'agriculture qui devront allier productivité, respect de l'environnement et rentabilité économique. Les systèmes de culture en semis direct sous couvert végétal (SCV) avec cultures associées permettraient d'atteindre ces objectifs. Si ces systèmes ont en effet montré des intérêts en climat tropical, ils sont presque inexistants en climat tempéré.<br />Cette thèse se propose d'accroître les connaissances scientifiques sur ces systèmes particuliers pour faciliter leur conception et leur évaluation en climat tempéré. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place à Grignon (Yvelines, France) en 2002 pour trois campagnes culturales. Du blé tendre d'hiver (Triticum aestivum L.) est semé (i) dans un sol labouré, (ii) directement dans les résidus de la culture précédente et, (iii) directement dans six plantes de couverture différentes. En combinant sur ce dispositif une double approche, systémique et analytique, les objectifs de la thèse sont de comprendre, selon l'espèce de couverture, (i) l'impact des différents SCV avec cultures associées sur le rendement de la culture de vente en mettant en évidence les phases de sensibilité aux stress de cette culture, (ii) les relations de compétition et/ou de facilitation pour l'azote et la lumière entre les espèces associées et, (iii) l'évolution, à court terme, de la structure du sol et de ses propriétés hydriques.<br />Ce travail montre que la présence d'une plante de couverture peut réduire, parfois fortement, le rendement de la culture de vente, différemment selon l'espèce de couverture, sa conduite technique et les conditions climatiques ; les phases d'élaboration du rendement qui sont perturbées dans ces situations culturales dépendent aussi de ces trois facteurs. De plus, l'étude met en évidence que la compétition pour le rayonnement lumineux entre les espèces associées est le processus le plus défavorable au rendement du blé.<br />A court terme, il n'apparaît pas de différences marquées entre la structure d'un sol non travaillé sans plante de couverture et celle d'un sol non travaillé avec une plante de couverture. Toutefois, l'étude révèle que les propriétés hydriques peuvent être modifiées selon l'absence ou la présence d'une plante de couverture sur un sol non travaillé sans démontrer de variations importantes de ces propriétés selon l'espèce de couverture.<br />La thèse fournit des informations scientifiques et techniques sur le fonctionnement, en climat tempéré, de peuplements associant sur un sol non travaillé, une culture de vente à différentes plantes de couverture. Elle montre la faisabilité mais aussi les risques des SCV avec cultures associées ; elle permet d'identifier des axes de recherche pour compléter les connaissances et fournir des références pour réduire ces risques.

Les modèles de fonctionnement de culture visent à simuler de façon mécaniste l'influence de l'environnement sur la croissance et le développement des végétaux cultivés. Destinés au raisonnement des systèmes de culture intensifs, les modèles usuels considèrent le couvert comme une entité homogène. L'évolution des pratiques agricoles vers une agriculture plus respectueuse de l'environnement conduit à considérer des systèmes plus complexes (multispécifiques) et plus hétérogènes, et appelle au renouvellement de ces modèles.<br />L'objectif de la thèse est d'élaborer une modélisation du couvert comme une population de plantes. Ceci nécessite de prendre en compte explicitement le développement de chaque individu au sein du couvert, et ses conséquences sur la croissance des plantes voisines. La thèse a pris pour objet la simulation des effets de la compétition pour la lumière sur la morphogenèse de l'appareil végétatif aérien du maïs (Zea mays L.).<br />Dans un premier temps, la plasticité morphologique du maïs est étudiée expérimentalement au champ, pour des situations contrastées de compétition pour la lumière. Une forte compétition conduit à une réduction globale de la taille des plantes. Elle a pour effet également d'accentuer au cours du temps la variabilité entre individus. L'analyse des dimensions individuelles des organes montre que la croissance en largeur et en diamètre suit précisément ce schéma. Par contre l'allongement des organes est d'abord stimulé par la compétition, puis subit une réduction dépendante de l'intensité de la compétition. <br />Ces observations ont justifié le choix du formalisme des L-systèmes ouverts pour l'implémentation du modèle. Cette approche permet une modélisation plante à plante, mais aussi d'intégrer et d'expliciter la croissance de chacun des organes. Le modèle couple des modèles microclimatiques préexistants (calcul de la température et de la distribution du rayonnement) à un modèle architectural et fonctionnel du développement végétatif, élaboré à partir de données bibliographiques. Un schéma de réduction de la croissance par le carbone disponible a été introduit et testé sur sa capacité à rendre compte des effets de la densité de peuplement. Le modèle simule la cinétique du développement à partir de données météorologiques mesurées en réseau et d'une paramétrisation génotypique réduite (5 paramètres). La structure géométrique de la plante est rendue de façon réaliste et simule convenablement l'évolution du taux de couverture du sol. Le modèle rend compte des variations de réduction de dimensions foliaires en fonction du numéro de phytomère, et permet de simuler le développement de l'hétérogénéité dans le couvert.<br />Ce premier axe de travail montre toutefois l'importance de disposer de formulations plus précises des cinétiques de croissances d'organes. L'allongement de la tige est particulièrement peu documenté dans la bibliographie. Nous avons mené l'étude expérimentale de la cinétique d'allongement des entre-nœuds, en considérant des situations contrastées de disponibilité en rayonnement. Les cinétiques de croissance diffèrent selon les traitements, mais montrent une même organisation. Durant une première période, l'allongement est un processus intégré à l'échelle de plusieurs entre-nœuds, stable au cours du développement. Dans une seconde période, la vitesse d'allongement devient très variable selon le rang et est fortement corrélée à la taille finale. La transition entre les deux périodes semble déclenchée par l'émergence de la gaine hors du cornet. L'évolution des dimensions du cornet au cours du temps pourrait donc être responsable des variations de longueur entre-nœuds entre phytomères.<br />Ce modèle ouvre des applications originales pour l'aide à l'interprétation d'expérimentation, car il permet de situer dans le temps les croissances de chaque organe et de la relier aux conditions environnementales locales. Le cadre de modélisation permet l'intégration des processus, de l'échelle de l'organe à celle du peuplement. Une meilleure compréhension du déterminisme des régulations des dimensions des organes reste toutefois nécessaire pour envisager l'application au raisonnement de pratiques agricoles. Les résultats obtenus suggèrent l'importance de signalisations environnementales, liées à l'exposition des organes à l'air ou à la lumière, dans ces régulations. Ces perspectives confortent l'intérêt d'une approche architecturale et fonctionnelle de la modélisation du développement.

Cette thèse traite de l'impact des perturbations naturelles et anthropiques sur les structures des populations et des communautés afin de discuter la problématique d'une gestion forestière qui s'inspire des - et compose avec les - perturbations naturelles. En première partie, nous étudions les effets d'un gradient de perturbations sur la diversité des communautés de plantes. A l'aide de modèles de dynamique en patchs ("patch models"), nous montrons que la relation perturbations-diversité dépend des mécanismes de compétition (hiérarchie compétitive, "founder effect"), des mécanismes de coexistence (compromis entre compétition et colonisation, niche de succession), des mécanismes affectant le processus de colonisation (limitation par le recrutement, fréquence dépendance négative des taux de colonisation et immigration) et enfin des mesures de diversité privilégiées (richesse en espèce, diversité de Shannon). L'élaboration d'hypothèses mécanistes intégrant les caractéristiques de l'agent de perturbations (dont les actions anthropiques), les descripteurs utilisés (intensité, fréquence, stochasticité etc.), les traits de vie des espèces, les mécanismes de coexistence et les facteurs biotiques et abiotiques contrôlés permettraient d'affiner les prédictions qualitatives et quantitatives sur la relation perturbations-diversité et de favoriser ainsi leurs dimensions opérationnelles. En seconde partie, nous rappelons différents concepts (équilibre, résistance, résilience, persistance, constance, permanence) permettant de caractériser le comportement des systèmes en présence de perturbations. Nous présentons une méthode d'analyse basée sur le concept de permanence qui permet d'évaluer différents scénarios écologiques ou scénarios de gestion. La permanence consiste à se focaliser sur le comportement des variables lorsque ces dernières sont proches de valeurs jugées critiques (ex. extinction d'une espèce). Nous appliquons cette méthode d'évaluation à la problématique des forêts de protection dans les Alpes du Nord. A partir d'un modèle de dynamique de pessières d'altitude, nous testons différents scénarios de gestion (prélèvements agrégés/aléatoire, différents taux de prélèvements) et déterminons leurs conséquences sur la dynamique d'indicateurs de propriétés de stabilité (diversité des hauteurs, diversité des diamètres) et d'indicateurs de fonction de protection (somme des diamètres pour les chutes de blocs, taille des trouées pour les avalanches). La possibilité d'améliorer conjointement propriétés de stabilité et efficacité de protection dépend de la nature et de l'intensité des interventions ainsi que du type de danger. Cette partie permet d'illustrer une réflexion de gestion basée sur des compromis plutôt que sur l'optimisation simultanée d'un ensemble d'indicateurs. En conclusion, nous replaçons nos résultats dans le contexte d'une gestion qui s'appuie sur la connaissance du processus de perturbation. La notion de dynamique en patchs (trouées) et la notion de permanence représentent, selon nous, des cadres conceptuels et méthodologiques intéressant pour établir un pont entre écologie des perturbations et gestion forestière. Nous ouvrons des perspectives de recherche à partir de l'exemple des sapinières-pessières dans les Alpes du Nord, exemple qui intègre à la fois la problématique de la coexistence des espèces et celle de la réalisation des fonctions de production et de protection dans des écosystèmes gérés où dominent les perturbations par le vent.

L'étude des systèmes ternaires U - Cu - X (X = Si ou Ge) a permis de mettre en évidence trois nouvelles phases: U3Cu4Si4, U3Cu4Ge4 et UCuGe1,77. Leurs propriétés structurales et magnétiques ont été étudiées et les structures magnétiques des deux premières ont été déterminées. La substitution du cuivre au silicium dans la solution solide UCuxSi2-x (0,28 ≤ x ≤ 0,96) est à l'origine de transitions structurales et magnétiques selon les séquence α-ThSi2(quadratique) → AlB2(hexagonal) → Ni2In(hexagonal) et non magnétique → ferromagnétique → antiferromagnétique. L'évolution des propriétés magnétiques reflète la compétition entre les interactions de type Kondo et RKKY. Désordre cristallographique et frustrations magnétiques sont à l'origine d'un état "verre de spin" au passage ferro-antiferromagnétique. Les propriétés structurales et magnétiques des composés GdNi3X2 (X =Ga, Al, Sn) se sont avérées fortement dépendantes de la nature de l'élément X et du traitement thermique des échantillons. L'augmentation de la taille de X favorise une transition structurale de type CaCu5 → HoNi2,6Ga2,4 ainsi qu'un passage ferro → antiferromagnétique. Une structure cristallographique modulée commensurable (équivalente à une surstructure aHoNi2,6Ga2,4 × aHoNi2,6Ga2,4 × 2cHoNi2,6Ga2,4) est observée pour GdNi3Al2. L'insertion d'hydrogène dans Gd3Ni6Al2 et GdNi3Al2 affaiblit considérablement les interactions magnétiques.

Cette thèse est dédiée à l'amélioration de la compression de séquences vidéo. Le but est de concevoir des méthodes suffisamment efficaces et réalistes pour être proposées aux organismes de normalisation de standard vidéo. Les approches choisies sont l'ajout de nouveaux modules de codage par compétition et la suppression de l'information de compétition. Un module de codage par compétition de prédicteurs de vecteurs mouvement, intégré dans le KTA, exploite, au sens du critère débit-distorsion, les redondances spatiales et temporelles des champs de vecteurs. De plus, une sélection automatique d'ensembles de prédicteurs orientée contenu est aussi proposée. Enfin, un nouveau mode de codage Intra basé sur un partitionnement 1D du macrobloc, réduisant la distance spatiale entre le signal de référence et la partition courante, est ajouté aux modes Intra bloc. Le standard de compression H.264/AVC, offre un nombre de compétitions plus élevé que celui de ses prédécesseurs. Pour réduire le débit lié à cette information de compétition, une partie de l'intelligence du codeur a été transférée au décodeur. Les indices des prédicteurs de vecteurs mouvement implicites, sont ainsi éliminés. Des prédicteurs Intra sont aussi supprimés en tenant compte du processus de quantification et du signal de référence. Enfin, en considérant que l'information de mouvement est une information de compétition, une estimation de mouvement au décodeur est mise en place. L'ensemble des méthodes développées offre des réductions de débit significatives par rapport à la référence. La combinaison d'une partie de ces méthodes obtient un gain moyen de 20% par rapport au standard pour un ensemble de séquences HD.

Durant cette thèse, nous avons cherché à (1) déterminer le rôle du climat et de facteurs biotiques associés à celui-ci dans la sélection d'adaptations locales chez des parasitoides de drosophiles (2) comprendre comment la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie a évolué en réponse à l'environnement et aux stratégies de maturation de ces organismes. Contrairement aux consommateurs primaires pour lesquels la température d'origine affecte directement l'évolution des histoires de vie, il semblerait que les facteurs biotiques dépendants du climat comme la distribution des hôtes et la compétition interspécifique soient le moteur principal de la sélection naturelle chez les parasitoides. La distribution des hôtes expliquerait les très fortes variations géographiques observées sur des échelles fines, comme l'existence de populations proovogéniques ou synovogéniques au sein d'une même espèce, ainsi que de populations capables ou non de lipogenèse à l'age adulte. Cette dernière variation aurait notamment affecté les compromis entre traits et l'évolution du taux de métabolisme. La force de la plasticité phénotypique présente également de fortes variations géographiques. Celles-ci peuvent être attribuées à la variabilité de l'environnement d'origine et non aux histoires de vie des organismes. Prédire l'évolution des parasitoides en réponse au réchauffement global nécessite donc d'intégrer non pas seulement un effet direct du climat, mais également les facteurs biotiques et la variabilité environnementale associés au climat.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des interactions entre hôtes et auxiliaires de lutte biologique. L'objectif principal est de faire l'analyse mathématique et la simulation numérique des modèles spatiotemporels construits. Il s'agit de déterminer la typologie et la catégorisation des structures spatiales émergentes en fonction des paramètres de contrôle. Nous considérons dans la première partie de la thèse, une chaîne alimentaire de deux espèces, c'est à dire une population de proies et une population de prédateurs modélisées par un système de réaction-diffusion. Nous étudions l'analyse qualitatives des solutions, les bifurcations globales et locales, et déterminons les conditions de variation spatiales et temporales des motifs. Nous démontrons l'existence de "Travelling waves" par les outils d'analyse fonctionnelle en généralisant la méthode développée par S. Ahmad. Une étude mathématique similaire est menée dans le cadre d'une chaîne alimentaire de trois espèces constituée d'une proie, d'un prédateur et d'un super-prédateur. Le dernier chapitre de cette thèse est consacré à la construction et l'étude d'un modèle mathématique de type réaction-diffusion de la thérapie génétique du cancer. Le modèle prend en considération à la fois la dynamique de la population des cellules cancéreuses, des virus réplicatifs et de la réponse immunitaire qui reconnait les antigènes viraux dans les cellules cancéreuses. Nous établissons les conditions de stabilité de l'état d'équilibre endémique et celui correspondant à l'élimination de la tumeur. Si la tumeur ne peut pas être complétement guérie, nous déterminons les conditions d'une thérapie optimale et estimons par simulation le temps de survie du patient.