Les feux de forêt, landes, garrigues ou maquis constituent un « problème » extrêmement sérieux pour les régions euro-méditerranéennes. Les variations de ce phénomène complexe sont issues des interactions entre des paramètres de nature différente ; interactions qui peuvent être non-linéaires. Sans être propre à l'étude de cette non-linéarité, cette thèse démontre qu'il est possible, d'une part, d'en mesurer les effets sur les propriétés statistiques et physiques du phénomène et d'autre part, que l'auto-organisation, l'instabilité chronologique et l'irrégularité morphologique limitent intrinsèquement la prédictibilité d'un tel phénomène. Nous analysons ainsi, à partir de l'exemple des régions méditerranéennes françaises de 1973 à 2006 (base Prométhée), les différentes modalités de son émergence selon la situation géographique des lieux étudiés et les échelles temporelles et spatiales auxquelles il se réfère. Cette approche, essentiellement structurelle et statistique, est à même de compléter les travaux existants sur le sujet et donne l'opportunité d'aboutir à des indicateurs innovants pour une différenciation spatiale centrée sur la question des échelles. Aussi, l'enjeu de ce travail est majeur puisqu'il suppose de rechercher des récurrences, un ordre qui transcende les cas particuliers, tout en faisant écho à la prise en compte de l'incertitude chez les hommes de terrain, les ingénieurs, les physiciens, les climatologues et les géographes.

Le but de cette thèse est d'étudier la distribution des tailles des répétitions au sein d'un même génome, ainsi que la distribution des tailles des appariements obtenus en comparant différents génomes. Ces distributions présentent d'importantes déviations par rapport aux prédictions des modèles probabilistes existants. Étonnamment, les déviations observées sont distribuées selon une loi de puissance. Afin d'étudier ce phénomène, nous avons développé des modèles mathématiques prenant en compte des mécanismes évolutifs plus complexes, et qui expliquent les distributions observées. Nous avons aussi implémenté des modèles d'évolution de séquences in silico générant des séquences ayant les mêmes propriétés que les génomes étudiés. Enfin, nous avons montré que nos modèles permettent de tester la qualité des génomes récemment séquencés, et de mettre en évidence la prévalence de certains mécanismes évolutifs dans les génomes eucaryotes. / In this thesis, we study the length distribution of maximal exact matches within and between eukaryotic genomes. These distributions strongly deviate from what one could expect from simple probabilistic models and, surprisingly, present a power-law behavior. To analyze these deviations, we develop mathematical frameworks taking into account complex mechanisms and that reproduce the observed deviations. We also implemented in silico sequence evolution models that reproduce these behaviors. Finally, we show that we can use our framework to assess the quality of sequences of recently sequenced genomes and to highlight the importance of unexpected biological mechanisms in eukaryotic genomes.

L'intérêt porté aux milieux fracturés s'est développé dans le cadre de l'exploitation des nappes phréatiques et pétrolifères et la recherche de sites de stockage souterrains pour les déchets nucléaires de longue durée de vie. Les fractures peuvent en effet offrir des voies préférentielles d'écoulement beaucoup plus perméables que le milieu non fracturé environnant (matrice). Les fractures sont caractérisées par des distributions de longueurs et de perméabilités très larges. Lorsque elles sont interconnectées, elles forment des réseaux complexes de perméabilité variable dans lesquels les flux sont très chenalisés. <br />Le but de ce travail de thèse a été de rechercher les modèles de réseaux cohérents avec les observations locales (distributions de longueurs et d'ouvertures) et globales (à l'échelle du réseau). Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une approche pluridisciplinaire destinée à utiliser des données obtenues à des échelles différentes (par exemple essais de puits et données de carottage). Des modèles de réseaux bidimensionnels prenant en compte les larges distributions de longueurs et d'ouvertures ont été étudiés numériquement et théoriquement. Les résultats montrent une grande diversité de structures d'écoulement allant de la fracture unique concentrant l'intégralité du flux au modèle homogène. Le type de structure d'écoulement dépend non seulement de la densité et des distributions de longueurs et de perméabilité de fractures mais aussi de l'échelle d'observation. Dans la plupart des modèles, une échelle de transition marque le passage de structures complexes extrêmement chenalisées à des milieux dans lesquels le flux se répartit dans différentes structures indépendantes. L'évolution des structures d'écoulement s'accompagne d'une dépendance d'échelle des propriétés hydrauliques telles que la perméabilité. La perméabilité croît jusqu'à la longueur de transition avant de se stabiliser aux échelles supérieures. Cette démarche de modélisation, fondée sur des observations effectuées à des échelles locales (caractéristique de la fracturation) et validée à des échelles globales (échelles du réservoir), fournit une large gamme de modèles d'écoulement admissibles et théoriquement spécifiables à partir de données de terrain. La modélisation a été étendue à la détermination de la connectivité de réseaux d'ellipses tridimensionnels.<br />Les modèles d'écoulement les plus pertinents mis au point en régime permanent ont été étudiés en régime transitoire. Les évolutions spatiales et temporelles du rabattement dépendent des propriétés topologiques et métriques du réseau de fractures. Une analyse en fonction de la distance des essais de puits effectués sur le site de Ploemeur (Morbihan) a permis d'obtenir des résultats similaires sur un site naturel. Cependant aucune correspondance totale n'a pu être dégagée, peut être à cause de la nature éventuellement tridimensionnelle du réseau naturel. Au-delà de la prédiction des tendances moyennes, les modèles étudiés sont destinés à fournir une évaluation de la précision de la prédiction en fonction de la quantité de données disponibles. Du point de vue décisionnel, il s'agit de pouvoir estimer le risque associé à la nature incomplète des données de terrain.

Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment été envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Elles sont internalisées par les cellules qui deviennent alors magnétiques. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler leur organisation spatiale et temporelle, et former un tissu. Ces applications posent la question du devenir des nanoparticules, qui conditionne in fine leur utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes.La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Ces agrégats magnétiques sont soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement. L’étude de leur déformation permet d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques rarement étudiées à l’échelle tissulaire (tension de surface, loi puissance, non linéarité). La deuxième partie se concentre sur l'évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules. Nous l'avons testé avec des nano-architectures plus complexes: nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniques / Iron oxide nanoparticles are promising candidates for applications in nanomedecine (contrast agents, vectors). They were also recently considered as a powerful tool for tissue engineering. Cells, magnetized through nanoparticules internalization, can be organized in space and time thanks to remote magnetic forces. For all those applications the nanoparticles fate inside the cells remains a key issue concerning the final clinical use. The first part of this work focuses on the study of the mechanical and rheological properties of biological tissue models, the multicellular aggregates. An original magnetic molding method and two different experimental setups were developed to produce aggregates with controlled shapes and sizes, to measure their surface tension and to evidence their power law and non linear behavior.In the second part, we investigate the medium term fate of iron oxide nanoparticles in stem cells forming a spheroid as a model tissue. We reveal a massive endosomal degradation. The set of methods and spheroid model we propose allow a comprehensive and quantitative follow up of the biodegradation of any nanomaterials. This was illustrated by investigating the degradation of nanomaterials with more complex nano-architectures (nanocubes, nanodimers) and assessing the efficiency of a protection strategy to modulate the biodegradation

Lors de la sollicitation mécanique des roches, la propagation de fissures provoque l'émission d'une onde acoustique (EA) ainsi qu'une modification des propriétés élastiques du matériau. L'EA est donc un moyen direct pour étudier l'évolution de l'endommagement, depuis le stade diffus jusqu'à celui où il se localise pour former une discontinuité macroscopique. L'EA est également considérée comme un modèle à petite échelle de la sismicité induite par les travaux souterrains ou de celle de la croûte terrestre. En effet, on observe à ces différentes échelles des distributions en loi puissance (exposant b) qui indiquent une invariance d'échelle.<br />La première partie de ce travail est consacrée à une étude expérimentale de l'EA du granite du Sidobre en compression triaxiale. Nous montrons que l'EA est liée à un comportement macroscopique non linéaire et peut être utilisée comme un estimateur de l'endommagement. L'augmentation de la pression de confinement rend le comportement mécanique plus ductile et fait diminuer l'exposant b.<br />Nous proposons, dans la deuxième partie, un modèle numérique basé sur l'endommagement élastique et sur la méthode des éléments finis. Ce modèle permet de simuler les principales observations concernant l'EA et le comportement des roches. En particulier, il permet de simuler un comportement macroscopique allant du fragile avec un endommagement localisé au ductile avec un endommagement diffus avec un seul paramètre de contrôle : l'angle de frottement interne. En utilisant des valeurs expérimentales de ce paramètre, nous parvenons à simuler les transitions fragile-ductile et localisé-diffus observées lorsque la pression de confinement augmente.<br />La troisième partie concerne l'étude de la sismicité induite dans une mine. Le caractère critique de la distribution de la taille des séismes est proposé comme un critère de surveillance du risque sismique. La relation entre l'exposant b et la dimension de corrélation spatiale des sources sismiques est étudiée.

L’objectif de cette thèse est de mieux appréhender les déterminants du risque souverain et de la soutenabilité budgétaire des pays émergents, afin d’identifier les éléments qui permettraient à ces pays de se protéger d’un tel risque. Nous mettons en place des outils économétriques et théoriques adaptés aux particularités de ces pays. Ces derniers sont ensuite déclinés pour tenter d’anticiper les épisodes de défaut souverain sévère via un modèle à changement de régime de type "early warning", pour effectuer des simulations stochastiques de ratio de dette souveraine à moyen-terme et évaluer les effets de politiques budgétaires définies à cet horizon et enfin, pour caractériser la distribution du ratio de dette externe de ces pays. Cette thèse entend ainsi identifier les pays qui semblent les plus exposés au risque souverain et définir des recommandations de politique économique qui prennent en compte l’hétérogénéité au sein du «bloc» des pays émergents et au cours du temps. / The objective of this thesis is to obtain a better understanding of the determinants of sovereign default and medium-term sustainability inemerging market countries, so as to define ways through which they may protect themselves from these sovereign risks. We provide econometric tools and a theoretical model that are adapted to these countries’ specific features. This aims to anticipate severe sovereign default episodes through a regime switching early-warning type model, to assess medium-term public debt prospects and the impact of defined fiscal policies through stochastic debt simulations and to characterize the distribution of the external debt ratio of emerging market countries. It eventually enables to identify the countries that are the most exposed to sovereign risk and to draw up a set of policy recommendations, allowing for a differentiation within this heterogeneous block of countries and through time.