Les observations et expériences ont montré que le dépôt d'aérosols pouvait entraîner une augmentation de la quantité de nutriments disponible et ainsi favoriser la production biologique de la mer Méditerranée. Dans ce contexte, cette étude propose pour la première fois une quantification des effets du dépôt d'aérosols en provenance de sources variées sur la biogéochimie de l'ensemble de la mer Méditerranée grâce à un modèle couplé physique-biogéochimie haute résolution NEMOMED12/PISCES. L'étude consiste à modéliser et analyser les effets du dépôt d'azote et de phosphate en provenance de sources naturelles et anthropiques sur la biogéochimie de la Méditerranée. Pour cela,des modèles atmosphériques régionaux et globaux permettant de représenter le dépôt d'aérosol ont été évalués et sélectionnés. Le modèle NEMOMED12/PISCES a été adapté pour prendre en compte ces nouvelles sources de nutriments. L'analyse des simulations a permis de montrer que le dépôt atmosphérique représente environ 10 % des apports externes totaux de nitrates et 5 à 30 % des apports de phosphate en moyenne sur l'ensemble du bassin. Le dépôt peut également entraîner une augmentation de la production biologique jusqu'à 50 % grâce à la levée des limitations en nutriments. Les effets des changements climatiques pourraient avoir des conséquences particulièrement importantes sur une région sensible comme la Méditerranée. C'est pourquoi les évolutions de la biogéochimie du bassin dans un scénario de changement climatique ont été évalués au cours de cette thèse. Pour cela, le modèle NEMOMED8/PISCES a été utilisé avec des forçages physiques et biogéochimiques qui correspondent au scénario d'évolution des conditions climatiques A2 du GIEC. Cette étude met en évidence une diminution de la productivité biologique de surface de 10 % en moyenne dans l'ensemble du bassin en réponse à l'échauffement et à la stratification. Les limitations en nutriments sont fortement modifiées et la sensibilité de la Méditerranée au dépôt atmosphérique de nutriments change. Les résultats de cette thèse soulignent l'importance de l'atmosphère comme source de nutriments et en particulier d'azote et de phosphate. Les effets du dépôt atmosphérique sont variables en fonction de la saison et de la localité du dépôt et ont tendance à être plus significatifs lorsque les eaux de surface sont limitées en nutriments. En n tout bouleversement de la productivité biologique est transmis rapidement le long de la chaîne trophique. Les résultats obtenus pourraient être précisés avec l'amélioration des modèles atmosphériques et l'obtention de nouvelles mesures de flux de dépôt et l'amélioration des connaissances sur les transformations physico-chimiques subies par les aérosols avant et après leur dépôt en milieu océanique. Par ailleurs, des scénarios plus précis concernant les changements climatiques sont nécessaires afin d'évaluer les évolutions des conditions biogéochimiques de la Méditerranée. Enfin, les récents développements du modèle PISCES peut à présent permettre d'étudier la Méditerranée dans un contexte non redfieldien. / Observations and experiments showed that aerosol deposition can increase the amount of bioavailable nutrients and favor biological production of the Mediterranean Sea. In this context, the present study yields for the first time a quantification of the effects of aerosol deposition from various sources thanks to the coupled physical-biogeochemical model NEMOMED12/PISCES. This study consists in modeling and analyzing the effects on the Mediterranean biogeochemistry of atmospheric deposition of nitrogen and phosphate from various natural and anthropogenic sources. For this purpose, regional and global atmospheric models representing aerosol deposition were evaluated and selected. The NEMOMED12/PISCES model was modified to take into account these new nutrient sources. The analysis of the simulations showed that atmospheric deposition accounts for approximately 10 % of total external nitrate supply and 5 to 30 % of phosphate supply on average over the entire basin. Aerosol deposition can also increase biological production up to 50 % thanks to the lowering of nutrient limitations. The maximal fertilizing effects are observed during the stratied period which, in the Mediterranean region, is summer. The effects of climate change may be particularly important in sensitive regions such as the Mediterranean. Therefore, the evolutions of basin scale biogeochemistry were evaluated under a climate change scenario. The NEMOMED8/PISCES model was used with physical and biogeochemical forcings for the IPCC A2 climate change scenario. This study shows a reduction in basin scale surface productivity by approximately 10 % triggered by warming and stratification. Nutrient limitations are modified and the Mediterranean Sea sensibility to atmospheric deposition changes. The results of this thesis underline the importance of atmosphere as a nutrient source, in particular for nitrogen and phosphate. Deposition effects vary according to the season and the location. They are more important during the stratied period, when surface water is nutrient limited. Also, any change in biological productivity is quickly transfered along the biological chain. To refine the results, the atmospheric models could be improved and more knowledge on deposition fluxes and physical and chemical transformations of aerosols before and after deposition would be necessary. Moreover, more precise scenarios concerning climate change effects would be necessary in order to study the future evolutions of biogeochemical conditions in the Mediterranean. Finally, the recent developments on the PISCES model make new studies possible in a non redfieldian context. Preliminary results indicate that the productivity of the different phytoplanktonic groups varies with intracellular C/N/P ratios.

Les activités anthropiques affectent les cycles biogéochimiques globaux, principalement par l'ajout de nutriments dans les écosystèmes. Il est donc crucial de déterminer dans quelle mesure les cycles biogéochimiques globaux peuvent être régulés. Les autotrophes peuvent réguler les réservoirs de nutriments par la consommation des ressources, mais la majorité des ressources leur sont inaccessibles à l'échelle globale. Par des modèles théoriques, nous avons cherché à évaluer la manière dont les autotrophes répondent à la fertilisation à l'échelle globale et leur capacité à réguler les concentrations des nutriments quand leur accessibilité est limitée. Nous avons également étudié les mécanismes qui déterminent la régulation des rapports de Redfield dans l'océan, ainsi que les effets de l'ajout de nutriments sur la production primaire océanique totale. Nous avons montré que les organismes ne régulent pas efficacement les réservoirs de nutriments. Le couplage des cycles biogéochimiques et la compétition entre groupes fonctionnels peuvent altérer, négativement ou positivement, la régulation des cycles biogéochimiques globaux par les organismes. Une régulation inefficace des concentrations de nutriments n'exclut par contre pas une forte régulation des rapports entre ces nutriments, comme dans le cas des rapports de Redfield. La fertilisation des écosystèmes terrestres et océaniques risque donc de fortement impacter la production primaire et les cycles biogéochimiques globaux, à de courtes comme à de grandes échelles de temps. / Anthropogenic activities heavily impact global biogeochemical cycles, mainly through nutrient fertilisation of ecosystems; thus it is crucial to assess the extent to which global biogeochemical cycles are regulated. Autotrophs can regulate nutrient pools locally through resource consumption, but most resources are inaccessible to them at global scales. We used theoretical models to assess how organisms respond nutrient fertilisation at global scales and how they can regulate the concentration of these nutrients when their accessibility of is limited. We further investigated the mechanisms driving the regulation of Redfield ratios in oceans, and the effects of nutrient fertilisation on total oceanic primary production. We showed that organisms cannot efficiently regulate nutrient pools. Mechanisms such as coupling of nutrient cycles and competition between functional groups can alter the strength of biotic regulation of global biogeochemical cycles, either positively or negatively. An inefficient regulation of inaccessible nutrient concentration, however, does not exclude a strong biotic regulation of nutrient ratios, as is the case with Redfield ratios in oceans. Nutrient fertilization of oceanic and terrestrial ecosystems is thus likely to have a strong impact on primary production and global nutrient cycles at both small and long timescales.

L’objectif de notre travail était d’étudier les bascules métaboliques chez Yarrowia li-polytica d’un métabolisme purement oxydatif vers l’accumulation de lipides puis à l’excretion d’acide citrique.Le développement d’un procédé D-stat et d’un mode de conduite fed-batch nous a permis, dans un premier temps, de quantifier les ratios N/C caractéristiques pour chacune des bascules étudiées. Nos résultats montrent que les ratios rN/rC critiques aux bascules métaboliques sont de 0,085 molN.Cmol-1 et de 0,018-0,022 molN.Cmol-1 pour l’accumulation de lipides et production de citrate, respectivement.L’analyse systémique des cultures réalisées nous a permis de mettre en évidence des mécanismes de co-régulation de certaines enzymes du métabolisme lipidique ainsi qu’une prépondérance de mécanismes post-transcriptionnels dans l’établissement des bascules étudiées.Enfin, l’utilisation de souches génétiquement modifiées au niveau de l’ATP citrate lyase, la malate déshydrogénase et de la glycérol-3-phosphate déshydogénase a permis d’évaluer l’impact de ces enzymes sur le métabolisme lipidique / This thesis aimed at studying the metabolic shifts in Yarrowia lipolytica from the pure oxidative metabolism to lipid accumulation and citric acid excretion.The development of a D-stat culture and of a monitoring fed-batch strategy allowed us to determine the N/C ratio characteristic for each of metabolic shifts. rN/rC ratio were determined equal to 0,085 molN.Cmol-1 and 0,018-0,022 molN.Cmol-1 for the lipid accumu-lation and the citric acid production, respectively.Systemic analysis of the cultivations showed coregulation phenomena among some enzymes of the lipidic metabolism and post-transcriptional modifications in the onset of the metabolic shifts.Finally, the impact of enzymes (ATP citrate lyase, malate dehydrogenase and gly-cérol-3-phosphate dehydrogenase) on the lipidic metabolism was evaluated through systemic analysis of 3 genetically modified strains

Species assembly into local communities from the surrounding region can be caused either by species failure to reach the site (i.e. seed limitation) or to establish (i.e. establishment limitation). The aim of this thesis was to investigate plant species assembly and to determine the relative importance of different factors in that process. In a cultivated landscape in southeast Sweden, plant community assembly was studied in grazed ex-arable fields. Community assembly from the surrounding region into the local community was explored using trait-based null models and seed sowing and transplanting experiments. The influence of local environmental factors and landscape history and structure on community assembly was also studied. In addition, differences in species assembly between ex-arable fields and semi-natural grasslands were explored. Seed limitation was the strongest filter on local community assembly. Only a fraction (36%) of species in a region dispersed to a local site and adding seeds/transplants increased species establishment. Species abundance at the regional scale, species dispersal method and seed mass strongly influenced which species arrived at the local sites. Establishment limitation also affected the assembly. Of species arriving at a site 78% did establish, seedling survival was low and which species established was influenced by species interactions, local environmental conditions and stochastic events. In addition, landscape structure that determined the species richness in the regional species pool influenced the local assembly. The comparison between assembly in ex-arable fields and semi-natural grasslands indicated that the main cause of difference in species assembly between them was difference in their age. The main conclusion of this thesis is that regional processes are more important than local factors in determining plant community assembly. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Submitted. Paper 4: Submitted. Paper 5: Manuscript.</p>

L’Artériopathie Oblitérante des Membres Inférieurs (AOMI) est une pathologie chronique grave, induite par le processus physiopathologique d’athérosclérose. Diagnostiquée par la mesure de l’Index de Pression Systolique (IPS) de repos cette pathologie se traduit chez la plupart des patients par une ischémie (apports sanguins insuffisants) à l’exercice pouvant causer l’apparition de douleurs au niveau des membres inférieurs lors de la marche. Le premier axe de travail de cette thèse visait à évaluer la pertinence pédagogique des méthodes actuelles d’enseignement de l’IPS dans les facultés de médecine françaises. Les résultats des premiers travaux de recherche qui ont été menés montrent que les méthodes actuelles ne permettent pas aux étudiants de maîtriser les fondamentaux de cette mesure diagnostique. D’autres travaux ont alors été menés afin de définir la place et la forme que devrait prendre l’enseignement de l’IPS dans le cursus médical afin qu’il puisse être acquis par les futurs médecins de manière fiable et durable. Le second axe de travail de cette thèse visait à proposer une nouvelle approche méthodologique basée sur l’utilisation conjointe de deux moniteurs portables (accéléromètre et montre marqueur d’événements) permettant la quantification des douleurs ischémiques à l’exercice des patients atteints d’AOMI en condition de vie réelle. Les résultats issus de ces travaux ouvrent des perspectives nouvelles pour le chercheur ou le clinicien pour la compréhension des limitations fonctionnelles des patients atteints d’AOMI dans leur contexte de vie. / Lower-extremity Peripheral Artery Disease (PAD) is a severe non-communicable disease that is associated with atherosclerosis. Diagnosed by Ankle- Brachial Index (ABI), PAD leads, in most patients, to ischemia (mismatch between blood demand and blood supply) during exercise that may lead to the occurrence of pain in the lower extremities during walking. The first axis of the present thesis was to assess the level of knowledge on this diagnostic tool among French medical students. Our results suggest that the way of teaching or learning the ABI procedure is deficient. According to these results we conducted another study to determine the best teaching method to improve students’ ABI proficiency. The second axis of the present thesis was to proposed a new method using wearable monitors (accelerometer and Micro Motion logger watch) to objectively identify and quantify lower limb walking pain manifestation as well as stop induced by walking pain during daily life in PAD patients. Our results can provide researchers and clinicians with a more realistic and holistic view of the functional limitations of PAD patients in free-living conditions.

Le « masting » correspond à une dynamique de fructifications, commune chez de nombreuses plantes pérennes, et caractérisée par une production de fruits extrêmement fluctuante d’une année à l’autre et synchronisée à l’échelle populationnelle. Il a un impact important sur la démographie des populations de consommateurs de fruits, et par effet de cascade, sur l’ensemble de la dynamique des écosystèmes forestiers. Notre méconnaissance actuelle des causes proximales du « masting » empêche toute prédiction crédible sur la fréquence et l'intensité des fructifications, et sur leurs conséquences au niveau des écosystèmes forestiers, dans le contexte du changement climatique. Cette thèse vise à tester l’hypothèse selon laquelle le processus de pollinisation pourrait jouer un rôle clé dans le « masting » des chênes de région tempérée (Quercus petraea et Q. robur), ce qui pourrait le rendre extrêmement sensible au changement climatique. En combinant une approche empirique multi-sites à large échelle spatio-temporelle en France et une approche théorique basée sur l’utilisation d’un modèle mécaniste, j’ai montré que (i) la dynamique des fructifications est liée à la disponibilité en pollen pour la reproduction. Le pollen peut être limitant certaines années en raison d’une faible quantité de pollen produite ou de conditions météorologiques défavorables à l’émission et à la diffusion du pollen ; (ii) la phénologie pollinique est un caractère clé du « masting » : l’émission pollinique a lieu au début du printemps, dans des conditions météorologiques souvent défavorables à la pollinisation, ce qui conduit à de fréquents échecs de la fructification et explique le caractère rare et imprévisible des fructifications massives ; (iii) le « masting » deviendrait moins stochastique avec l’augmentation des températures printanières au cours des prochaines décennies, ce qui pourrait avoir des conséquences importantes sur la dynamique des consommateurs de fruits, et par effet de cascade, sur la capacité de régénération des chênaies / “Masting” designates a fruiting dynamics common in many perennial plants and characterized by seed production that is highly variable over the years and strongly synchronized among trees within populations. It is expected to strongly impact the population demography of seed consumers, and by cascade effect, the dynamics of forest ecosystems as a whole. Our lack of knowledge of the proximate causes of “masting” currently prevents any reliable prediction about the frequency and the intensity of fruiting, or about their consequences, under climate change. In this work I aimed to test the hypothesis that the pollination process is playing a key role in “masting” in temperate oak forests (Quercus petraea and Q. robur), which would make masting highly sensitive to climate change. By combining an empirical multi-site approach at large spatio-temporal scale in France and a theoretical approach based on a mechanistic model, I found that (i) fruiting dynamics depends on the annual amount of airborne pollen available for reproduction. This amount could be limited some years due to either low amounts of pollen produced at the population level, or harsh weather conditions affecting pollen release and aerial diffusion; (ii) pollen phenology is a key character of “masting”: pollen release takes place in early spring when weather conditions are typically unfavorable to pollination, which leads to frequent fruiting failure and explains thereby why mast years are rare and unpredictable; (iii) “masting” should become less stochastic in the upcoming decades because of the increase of spring temperatures, which should markedly influence the dynamics of seed consumers, and by cascading effect, oak forest regeneration

Les bétaïne lipides (BL) sont des lipides polaires qui se distinguent des phospholipides (PL)par l’absence de phosphore (P). La réorientation métabolique induite par une limitation en P chez des microalgues produisant des BL (Tisochrysis lutea et Diacronema lutheri, Haptophytes) ou en produisant peu (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyte) a été comparée à celle induite par une limitation en azote (N). Le devenir et le flux de carbone dans différentes voies de biosynthèse ont été étudiés par une approche pluridisciplinaire.La limitation nutritive en P ou en N affecte différemment le métabolisme du carbone selon les espèces microalgales. La limitation en P réduit fortement l’activité photosynthétique et la respiration chez P. tricornutum et T. lutea. Par conséquent, l’accumulation de carbone est plus élevée que sous limitation en N chez ces deux espèces. Les deux limitations stimulent en particulier la synthèse des lipides neutres et / ou des glucides. Le remplacement des PL par les BL a été observé chez P. tricornutum en condition de limitation en P. Ce résultat est en accord avec une augmentation de la transcription du gène codant la bétaïne lipide synthase. En revanche, cette limitation ne modifie pas les teneurs en BL rapportées au carbone chez T. lutea et D. lutheri. La composition en acides gras des différentes classes lipidiques est modifiée selon l’espèce microalgale et l’élément nutritif limitant. Une attention particulière a été portée aux acides gras de la série oméga-3, notamment l’acide eicosapentaénoïque (EPA, 20:5 ω3) et l’acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6 ω3) dont les proportions varient en fonction de l’élément limitant,de l’espèce et de la classe lipidique. L’augmentation de la production des lipides neutres et / ou des lipides polaires, notamment des bétaïne lipides, riches en DHA et/ou EPA induite par un stress nutritif laisse envisager une valorisation de ces molécules d’intérêt dans différents domaines dont la nutrition et la santé. / Betaine lipids (BL) are P-free polar lipids, conversely to phospholipids (PL). The metabolic reorientation induced by phosphorus (P) limitation in microalgae producing BL (Tisochrysis lutea and Diacronema lutheri, Haptophyta) or producing low levels of BL (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyta) was compared to that induced by nitrogen (N) limitation. The carbon destiny and flow in different biosynthetic pathways were studied with a multidisciplinary approach. P or N limitation differently affected carbon metabolism according to microalgal species. P limitation highly decreased photosynthetic activity and respiration of P. tricornutum and T. lutea. Consequently, carbon accumulation was higher than under N limitation in these two species. Both limitations stimulated the synthesis of neutral lipids and / or carbohydrates. Replacement of PL by BL was observed in P. tricornutum under P limitation. This result is in agreement with a transcription increase of the gene encoding BL synthase. On the other hand, this limitation did not modify BL contents in reference with carbon in T. lutea or D. lutheri. Fatty acid composition of the different lipid classes was modified according to the microalgal species and the limiting nutrient. Particular attention was paid to the fatty acids of the omega-3 series, notably eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5 ω3) and docosahexaenoic acid (DHA, 22:6 ω3), the proportions of which vary according to the limiting element, species and lipid class. The increase in the production of neutral lipids and / or polar lipids, especially betaine lipids, rich in DHA and / or EPA induced by nutritive stress suggests a valorization of these molecules of interest in various areas including nutrition and health.

La compréhension de la dissipation dans l'état supraconducteur est l'une des clefs de l'émergence de la technologie supraconductrice. Dans le cadre particulier des couches minces, cette thèse décrit le passage de l'état supraconducteur vers l'état normal sous l'effet d'un courant de transport, et ses possibles implications technologiques. Un régime d'écoulement visqueux de vortex (flux flow) suivi par un brusque saut vers l'état normal est tout d'abord identifié et discuté dans des films de niobium. Il est également montré, dans ces couches minces, l'influence des surfaces sur la dynamique des vortex. La transition vers l'état normal de films d'YBaCuO permet ensuite de vérifier le haut potentiel des supraconducteurs comme limiteurs de courant alternatif ou continu. Il est enfin démontré que de tels systèmes peuvent récupérer leur état supraconducteur sous courant.

<p>Temporal and spatial variations of pelagic microorganisms in the northern Baltic Sea were studied, as well as factors influencing their abundance and growth rates. Three main questions were asked 1) How does increased productivity influence the structure of the microbial food web? 2) Does predation limitation vary between trophic levels? 3) What is the relative importance of resource and predation limitation at different trophic levels?</p><p>A field study in the northern Baltic Sea showed that dominating protozoa, flagellates and ciliates, increased with increasing primary productivity from north to south. Furthermore, relatively small protozoan cells dominated in the low productive north, while larger cells became more dominant in the south. The relationship between plankton size structure and productivity was further studied in an experimental system. In agreement with present theories regarding nutrient status of pelagic food webs, increased productivity caused a lengthening of the food chain as well as a change in plankton size structure. While microplankton dominated in nutrient rich treatments pico- and nanoplankton dominated during nutrient poor treament. The flagellate community was dominated by a potentially mixotroph, <i>Chrysochromulina</i> sp., at low nutrient concentrations. To our knowledge this is the first experimental study showing that <i>Chrysochromulina</i> sp. in resemblance with other mixotrophs is favoured by nutrient poor conditions compared to strict autotrophs and heterotrophs.</p><p>During a stratified summer period autotrophic microorganisms in the northern Baltic Sea did not respond to removal of potential predators, indicating that they were primarily limited by inorganic nutrients. An exception was small eucaryotic picoplankton that showed a large response to predator removal. Among the heterotrophic microorganisms direct effect of predation seemed to increase from ciliates, heterotrophic bacteria, small heterotrophic flagellates, medium flagellates to large flagellates. No quick indirect effect was observed, but after four days trophic cascades were detected.</p><p>The relative importance of resource and predation limitation was studied among heterotrophic bacteria, flagellates and ciliates in the northern Baltic Sea. For all these groups, resource limitation seemed to prevail during the summer period. The results also indicated that the relative importance of predation increased with the productivity of the system. To our knowledge there are no earlier measurements on the relative importance of resource and predation limitation for micoorganisms in the pelagic environment.</p>

<p>Heterotrophic microorganisms are important for the flow of carbon and nutrients in the sea. Bacteria, nanoflagellates and ciliates are relevant components of the pelagic food web. In order to be able to predict the outcome of e.g. eutrophication or climate change we need to know how the different components of the pelagic food web are regulated. With the focus on the northern Baltic Sea food web, this thesis deals with limitation and control of heterotrophic protists, the effect of resource heterogeneity on food web efficiency and diversity of nanoflagellates.</p><p>In-situ microcosm experiments showed that the net growth of heterotrophic flagellates were resource limited throughout the year. Field data confirmed that the abundance of flagellates was bottom-up controlled. Furthermore, field data also showed that the annual average biomass of protists, flagellates and ciliates increased with primary productivity. On a smaller seasonal scale temperature and bacterial biomass were able to explain most of the variation in flagellate biovolume. The temporal variation in ciliate biovolume could not be explained by any bottom-up factors like bacterial biomass, flagellate biomass or chlorophyll a. This and an in-situ microcosm experiment implied that the seasonal dynamics of ciliates were more regulated by predators like mesozooplankton.</p><p>The food web efficiency i.e. how much of production at the resource level is converted to production at the top trophic level, may be affected by specific size or type of resource. Indoor mesocosms revealed that the food web efficiency was 11 times lower when heterotrophic bacteria dominated basal production instead of nano- and micro-sized phytoplankton. This was due to a lengthening of the food web when pico-sized bacteria constituted the main resource.</p><p>The PCR-DGGE molecular biological method was used to study the diversity of heterotrophic or mixotrophic chrysomonads. The focus was set on chrysomonads due to their relatively large contribution to the nanoflagellate community. Group-specific PCR primers were optimized for the target group. A field survey in the northern Baltic Sea showed that a handful of chrysomonad sequences were present throughout the year. Significantly more chrysomonads were recorded in the basin with higher primary productive and salinity. In total 15-16 different chrysomonad sequences were recorded. Most of them matched uncultured chrysomonad clones.</p>