Afin de protéger les littoraux maritimes des effets dévastateurs, les digues à talus maritimes sont le plus souvent utilisées. Les dysfonctionnements possibles de ce type d’ouvrage à talus sont la rupture de la carapace conduisant ensuite à la rupture d’ensemble de la structure et les franchissements dépassant le critère de sécurité. L’un des plus utilisé, le modèle semi-empirique de Van der Meer (1987), a été développé pour décrire les conditions de stabilité des digues en enrochements sous l’action de la houle. Ce modèle s’avère incapable de décrire précisément l’influence de la perméabilité réelle du noyau sur la stabilité de la carapace. D’autre, pour une digue, un accroissement du niveau du plan d’eau accompagné par des houles d’intensité accrue va conduire à des aléas de rupture et de franchissement bien supérieurs à ceux prévus lors de la conception de l’ouvrage. Pour le premier modèle physique étudié d’une digue en enrochement naturel, nous avons cherché une relation empirique entre le paramètre P utilisé dans le modèle de VdM et le coefficient de perméabilité Ks réel du milieu poreux constituant le noyau par les deux approches. Le deuxième modèle physique d’une digue en enrochement artificiel est d’étudier différentes solutions de renforcement de digues maritimes existantes vis-à-vis de la remontée du niveau des mers et océans due au changement climatique. Nous validons avec les modèles classiques de prédiction pour le scénario initial de niveau marin et proposons de modifications des formulations existantes pour des scénarios de surélévation du niveau moyen des points de vue du franchissement et de dommage / To protect the devastation on coastal maritime, the slope breakwater are mostly used. The possible malfunctions of this type of slope structure are the damage on armor layer leading to the rupture of the entire structure and the exceeding the safety criterion of overtopping discharge. One of the most used, the semi-empirical model of Van der Meer (1987), has been developed to describe the conditions of stability of armor breakwater under wave attack. This model is unable to accurately describe the influence of the real core’s permeability on the stability of the armor layer. Besides, for a sea dike, an increasing of water level accompanied by intensive swell will lead to the risks of more breakage and wave overtopping than those anticipated in the design of the structure. In the first physical model study of a rubble mound breakwater, we research the empirical relation between the parameter P used in the model VdM and real permeability Ks of porous medium constituting the core layer by two approaches. The second physical model of concrete breakwater is to study the different reinforcement solutions to strengthen the existing sea dikes which face to face the rise in the level of seas and oceans due to climate change. We validate the classical models of prediction for the initial scenario of sea level and propose the modifications of existing formulations in the scenarios of sea elevation from the points of view of damage and overtopping

Dans le cadre de l’implantation d’une centrale pilote à énergie thermique des mers (ETM) prévue au large des côtes caribéennes de la Martinique d’ici 2020, ces travaux de thèse visent à évaluer les impacts potentiels de la décharge d’eau profonde en surface sur le phytoplancton. La centrale pilote offshore NEMO conçue par DCNS et mise en oeuvre par Akuo Energy prévoit une production d’environ 10 MW. Les eaux froides et riches en nutriments pompées au fond et rejetées en surface par la centrale ETM avec un débit d’environ 100 000 m3.h-1 devraient enrichir les eaux de surface du site d’étude, particulièrement pauvres en nitrate et phosphate. Deux campagnes de mesures sur le terrain à deux saisons contrastées (saison humide en juin 2014 et saison sèche en novembre 2013) ont permis d’apporter une description des différents paramètres physiques et biogéochimiques susceptibles d’induire une modification de la communauté phytoplanctonique. Une variabilité saisonnière marquée de la stratification et des paramètres biogéochimiques a été mise en évidence avec en saison humide une forte influence océanique (advection d’eaux originaires de l’Amazone et de l’Orénoque) et atmosphérique (brumes des sables) enrichissant potentiellement la couche de surface en nutriments et en métaux traces. Des microcosmes in situ ont été développés afin de simuler le rejet d’eau de fond dans la couche de surface sous différents scénarios. De l’eau de surface prélevée dans le maximum de chlorophylle (45 m, où le phytoplancton est le plus abondant) et à la base de la couche euphotique (80 m, où le phytoplancton est présent en très faible abondance) a été enrichie avec un faible (2%) ou fort apport (10%) d’eau de fond (1100 m) et mise à incuber in situ pendant 6 jours. La production primaire a également été estimée dans le milieu naturel et dans les microcosmes. Ces expérimentations ont mis en évidence qu’un fort apport (10%) stimule le développement du micro-phytoplancton, des diatomées en particulier, au détriment des Prochlorococcus, tandis qu’un apport de 2% ne modifie que faiblement la communauté. La réponse des diatomées pourrait être liée à l’apport en nitrate et phosphate par les eaux profondes. La production primaire serait quant-à-elle dépendante de l’assemblage phytoplanctonique en présence, plutôt que de l’intensité de l’apport d’eau profonde. Enfin, les perturbations thermiques liées au rejet d’eau froide de fond ont été évaluées à partir du modèle numérique ROMS. Les seuils d’impact thermique de -3°C préconisés par la World Group Bank et de -0,3°C correspondant à 2% de dilution d’eau profonde ont été considérés. Même au seuil le plus bas (-0,3°C), la surface impactée sur les premiers 150 m de la colonne d’eau était trop faible pour être détectable par la simulation, quelle que soit la profondeur du rejet. L’impact thermique lié au rejet d’eau froide devrait donc être négligeable, et elle serait limitée à moins de 3 km2. Ces travaux constituent la première étape indispensable dans la compréhension de ce que pourrait être l’impact de ce rejet sur l’écosystème à plus long terme. / As part of the implementation of an Ocean thermal energy conversion (OTEC) pilot plant planned off the Caribbean coast of Martinique by 2020, this thesis aims to assess the potential impacts of deep seawater discharge at the surface on the phytoplankton. The offshore pilot plant NEMO, designed by DCNS and implemented by Akuo Energy anticipates production of approximately 10 MW. The cold and nutrient-rich waters that are pumped in the bottom and discharged at the surface by the heat engine with a flow of roughly 100 000 m3 h-1 should enrich surface waters of the study site, which are particularly poor in nitrate and phosphate. Two campaigns of field measurements in two contrasting seasons (the dry season in November 2013 and the wet season in June 2014) have allowed the description of different physical and biogeochemical parameters that may induce changes in the phytoplankton community. Marked seasonal variability in stratification and biogeochemical parameters occurred, with strong oceanic influences (advection of waters from the Amazon and Orinoco) and atmospheric influences (African dust) potentially enriching the surface layer in nutrients and trace metals during the wet season. In situ microcosms were designed to simulate the discharge of bottom waters into the surface layer under different scenarios. Surface water collected at the chlorophyll maximum(45 m, where the phytoplankton is the most abundant), and at the base of the euphotic layer (80 m, where the phytoplankton is present, but in very low abundance) was enriched with either a weak (2%) or strong (10%) input of bottom waters (1100 m), and incubated for 6 days. Primary production was estimated in both the natural environment, and in the microcosms. These experiments have shown that high input (10%) stimulates the development of micro-phytoplankton, especially diatoms, to the detriment of Prochlorococcus. The response of diatoms could be linked to the input of nitrate and phosphate by the deep seawater.Primary production would be dependent on the composition of the phytoplankton assemblage rather than on the intensity of deep water discharge. Finally, thermal disturbances linked to the discharge of cold water at the surface were assessed using a numerical model (ROMS), which considered the thermal impact threshold of -3°C as recommended by the World Bank Group, and -0.3 °C, corresponding to a 2% dilution with deep water. Even at the lowest threshold (-0.3 °C), the area impacted in the first 150 m of the water column was too low to be detected by the simulation, regardless of the discharge depth. The thermal impact of cold water should therefore be negligible and limited to an area of less than 3 km2. This work provides the first critical step in understanding how bottom water discharge may impact the ecosystem in the longer-term.

Since the first detected cases of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV), a respiratory virus capable of causing severe human illness, surveillance and research have focused on identification of the source of primary human MERS-CoV infections. Within the One Health framework which recognizes the interconnectedness of human, animal, and environmental health, various animal hosts were investigated as sources of human infection because most emerging infectious diseases are zoonoses – pathogens spilling over from an animal host to a human. A systematic literature review was conducted to synthesize knowledge about MERS-CoV infections in livestock animals and zoonotic transmission of MERS-CoV to humans. Dromedary camels are the presumptive source of primary human MERS-CoV infections, but the importance, frequency, and specific mechanisms of camel-to-human MERS-CoV transmission have not been well characterized. Further, it is unknown what potential barriers will be faced when implementing basic biosecurity interventions to prevent zoonotic transmission at occupational sites where individuals regularly work or interact with dromedary camels. This dissertation addressed these knowledge gaps through a study of MERS-CoV serology and knowledge, attitudes, and beliefs about camel-to-human disease risks and basic biosecurity interventions in Jordan. This study detected individuals with low MERS-CoV neutralizing antibody titers in Jordan and found an association between regular work or interaction with dromedary camels or their living environments and evidence of MERS-CoV infection. Specific behavioral practices were not associated with evidence of MERS-CoV infection among those who regularly work or interact with dromedary camels or their living environments in Jordan. The study also identified multiple important barriers that may be faced when implementing basic biosecurity interventions in this population, including personal protective equipment (PPE) use and frequent handwashing. There were widespread ingrained beliefs that dromedary camels cannot transmit disease to humans and that camel milk and camel urine are beneficial to human health. Among camel workers, reported PPE use was low and frequent handwashing was uncommon. Only a few camel workers felt they would use PPE even if made freely available at their place of work. In conclusion, this dissertation provides further evidence that dromedary camel exposure is an important pathway in the epidemiology of primary human MERS-CoV infections in Jordan. The findings also support the notion that an intervention that simply provides basic biosecurity materials such as PPE and handwashing stations is likely to be ineffective in this population, and that identified barriers should be addressed to motivate behavioral change. Future studies are proposed including a longitudinal cohort study of individuals at risk for MERS-CoV that can detect individual seroconversion over time, track antibody responses among those who seroconvert, and evaluate key sub-exposures among those who are occupationally exposed to dromedary camels; as well as a pilot study to evaluate the feasibility, acceptability, and sustainability of a multifaceted biosecurity intervention that provides materials as well as training and education targeting the knowledge, attitude, and belief barriers identified.

Deux techniques complémentaires coexistent aujourd'hui pour observer les variations du niveau des mers. L'altimétrie par satellite permet une observation quasi globale avec un échantillonnage temporel et spatial régulier. Cependant, cette technique n'a pas plus de quelques décennies d'existence. A cause des variations inter-décennales du niveau des mers, elle ne donne donc pas accès aux signaux de longue période ou aux variations séculaires. Les variations du niveau des mers à long terme sont accessibles aujourd'hui que grâce aux mesures marégraphiques, certains marégraphes fournissant des enregistrements continus depuis le XIXème siècle. Cette technique constitue donc le seul moyen d'estimer, à partir de la mesure directe, les variations du niveau des mers pendant le XXème siècle, donnée qui représente un bon indicateur du changement climatique. Cependant, les estimations marégraphiques sont contaminées par des mouvements verticaux à long terme de la croûte terrestre. Afin d'obtenir les variations absolues à long terme du niveau des mers, les mouvements verticaux des marégraphes peuvent maintenant être déterminés par la technique GPS. Cette approche est explorée en pratique depuis 2001 par le projet pilote TIGA (Tide Gauge benchmark monitoring) du Service International des GNSS (IGS). Dès 2002, le Consortium ULR (Université de La Rochelle et Institut Géographique National) contribue à ce projet en tant que Centre d'Analyse TIGA. Actuellement, plus de 300 stations GPS globalement reparties sont traitées, parmi lesquelles plus de 200 sont co-localisées avec un marégraphe. Mes travaux de thèse s'inscrivent dans l'étude méthodologique visant à améliorer l'estimation des vitesses verticales des stations GPS. Une première étape de mes travaux a donc consisté en l'étude de la meilleure stratégie de traitement des données GPS. Différentes modélisations ont été testées comme, par exemple, les effets de variation de phase des antennes et du retard troposphérique. A cause du grand nombre de stations du réseau, une répartition en sous-réseaux est imposée pour le traitement. Une répartition optimale des stations GPS selon une approche dynamique a été élaborée et testée. Les résultats ont montré que cette procédure améliore grandement la qualité du traitement GPS. A l'issue de l'application de cette nouvelle stratégie de calcul, on a obtenu et exporté des produits dérivés comme les positions des stations, les orbites des satellites, les paramètres d'orientation de la Terre, et le mouvement apparent du géocentre, pour être combinés dans le cadre de la première campagne de retraitement des données GPS de l'IGS. La confrontation de ces produits avec les produits d'autres analyses de très haute qualité (la grande majorité des Centres d'Analyse IGS y participent) on fourni une validation de la stratégie de traitement GPS implémentée et aussi des indications pour de futures améliorations. La participation à cette campagne a permis en plus de densifier et d'étendre le repère international de référence terrestre (ITRF) aux marégraphes. La deuxième étape de mes travaux a consisté en l'étude de l'estimation de vitesses verticales GPS. L'effet couplé des signaux périodiques et des discontinuités sur les vitesses estimées a été mis en évidence, montrant la nécessité d'estimer ces paramètres d'une manière cohérente et rigoureuse. Particulièrement, l'effet des discontinuités a été signalé comme la source d'erreur la plus importante aujourd'hui pour l'estimation de vitesses. Les incertitudes réalistes des vitesses estimées ont été analysées en profondeur en prenant en compte le contenu de bruit corrélé dans les séries temporelles. En comparant rigoureusement les résultats de cette analyse avec la précédente solution ULR, on constate une réduction significative du contenu du bruit corrélé. Ceci est dû principalement à l'amélioration du traitement des données. Cette analyse du bruit a abouti à la démonstration que la corrélation temporelle des données retraitées de façon homogène dépend de l'époque des données. De cette façon, il a été démontré que le contenu du bruit dans les séries temporelles GPS longues s'explique principalement par le niveau de bruit des données les plus anciennes. Toutefois, pour obtenir l'incertitude formelle de vitesse la plus petite possible, il est nécessaire d'incorporer toutes les données disponibles. Il a été montré qu'en utilisant le modèle de bruit le plus approprié pour la série temporelle de chaque station, l'incertitude formelle du champ de vitesse estimé est en accord avec les différences de vitesse obtenues par rapport à la prochaine réalisation du repère international de référence terrestre, l'ITRF2008.

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L'énergie thermique des mers (ETM) offre une alternative intéressante pour la réduction de l'utilisation des énergies fossiles. En utilisant le gradient de température présent entre l'eau de surface et l'eau en profondeur, il est possible de produire de l'électricité grâce à un cycle thermodynamique. Les expérimentations sont peu nombreuses à l'heure actuelle, en raison d'un coût relativement élevé. Une approche fondamentale est donc développée avec la création de modèles numériques en régime permanent et dynamique. Le modèle en régime statique a été développé à partir d'une description mathématique simplifiée des composants du cycle. Ce modèle permet une évaluation globale des performances du système, incluant le prélèvement et le rejet de l'eau de mer ainsi que le cycle thermodynamique. À partir de la modélisation statique, un modèle dynamique a été établi en appliquant la méthode des systèmes équivalents de Gibbs. Cet outil permet de décrire les phases de démarrage et d'arrêt, d'étudier la modulation de la puissance électrique délivrée au réseau et d'optimiser le cycle. Les résultats de simulations des différents modèles sont confrontés à la littérature et à des données expérimentales, afin d'avoir des éléments de validation. L'un des intérêts du modèle en régime dynamique est la possibilité d'effectuer une analyse de type " premier et second principe " du système. Une optimisation du fonctionnement du cycle est réalisée à partir de cette analyse. Des pistes d'améliorations sont proposées. L'optimisation est réalisée grâce au couplage du modèle dynamique avec l'outil Genopt. Les outils numériques développés permettront d'élaborer des stratégies de contrôle des installations.

Zehn Jahre nach dem Ausbruch des Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus, SARS-CoV, ist ein neues Betacoronavirus, das Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus, MERS-CoV, auf der arabischen Halbinsel entdeckt worden. Seine anhaltende Ausbreitung stellt eine Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Das Spike (S) Protein der Coronaviren vermittelt den viralen Eintritt in Wirtszellen und bestimmt wesentlich den viralen Tropismus und die virale Pathogenese. Das Verständnis der Determinanten des MERS-CoV Spike (MERS-S)-vermittelnden Eintritts in Zellen könnte daher wichtige Einblicke in die MERS-CoV-Biologie liefern und war somit das erste Ziel dieser Arbeit. Um den Eintritt in die Zelle zu ermöglichen, muss das Coronavirus S-Protein durch Wirtszellproteasen aktiviert werden, welche potentielle Ziele für die therapeutischen Intervention darstellen. Daher sollten im zweiten Ziel dieser Arbeit Proteasen identifiziert werden, die MERS-S aktivieren. Das S-Protein ist das Hauptangriffsziel neutralisierender Antikörper und experimentelle Systeme zur S-Analyse können für die Diagnostik eingesetzt werden. Das letzte Ziel dieser Arbeit war es daher, die MERS-CoV Seroprävalenz in Saudi Arabien zu ermitteln. Es wurde ein lentivirales Vektorensystem etabliert, welches die Analyse des MERS-S-getriebenen Zelleintritts ermöglicht. Mit Hilfe dieses Systems konnte gezeigt werden, dass MERS-S den Eintritt in ein breites Spektrum humaner Zelllinien, wie Lungen-, Nieren- und Darmzellen vermittelt, was mit der klinischen Manifestation von MERS einhergeht. Der Wirtszelleintritt war unabhängig von bereits beschriebenen Coronavirus Eintrittsrezeptoren, wurde jedoch durch die endosomale Cysteinprotease Cathepsin L und die Transmembranserinprotease TMPRSS2 gefördert. Im Gegensatz dazu war die Aktivität von Proprotein Konvertasen für den S-Protein-vermittelnden Eintritt entbehrlich. Schließlich zeigten Neutralisationstests, dass Seren von Patienten aus der östlichen Provinz Saudi Arabiens, die zwischen 2010-2011 und 2012 entnommen wurden, keine MERS-S-neutralisierenden Antikörper enthielten. Dies deutet darauf hin, dass MERS-CoV-Infektionen vor dem Ausbruch 2012 nur selten vorkamen. Die gewonnen Ergebnisse tragen wesentlich zum Verständnis des MERS-CoV-Eintritts in Zellen bei und liefern wichtige Informationen zur MERS-CoV-Epidemiologie. Weiterhin könnte die Beobachtung, dass der Protease-Inhibitor Camostat, der für den Einsatz im Menschen zugelassen ist (in Japan), TMPRSS2 blockiert und damit den MERS-CoV Eintritt inhibiert, helfen, Behandlungsstrategien für MERS-Patienten zu etablieren.

RNA viruses have the fastest evolutionary rates amongst protein-coding organisms on the planet. Ease of sequencing, advanced techniques of analysis and global health and economic concerns have all contributed to the recognition of RNA viruses as a robust research platform. Phylogenetic methods have been at the forefront of analytical techniques used to understand the dynamics of RNA viruses - during natural circulation in populations and in individual hosts, within epidemics, across species barriers and over billions of years that viruses have been around. Most of the work presented in this thesis employs phylogenetic incongruity arising from reassortment and recombination to gain insights into the genomes and populations of RNA viruses. Chapter 2 explores the selection regimes Ebola virus has experienced following a year of circulation in humans inWest Africa, as well as its recent history. Chapter 3 investigates the extent of recombination in MERS-CoV, a novel human pathogen with an obscure epidemiology, which is suggestive of frequent co-infection of some hosts. Chapter 4, on the other hand, documents a pattern of non-intuitive linkage between some segments of the human-endemic influenza B virus genome and explores its potential to speciate. Chapter 5 builds upon chapter 4 and attempts to describe small-scale reassortment between two segments of influenza B virus and the overall migration patterns of influenza B virus in Scotland. Chapter 6 exploits the independence of segments of influenza D virus, a recently described cattle pathogen, and coalescent theory to disentangle the origins of this virus. This thesis exemplifies the success of modern sequencing methods, which, together with the use of sophisticated analytical techniques, have uncovered a wealth of information hidden away in molecular sequences of RNA viruses. The work presented herein demonstrates how reticulate evolution can be exploited as a reliable, and sometimes indispensable, marker to improve inference of evolutionary forces in RNA viruses.

Mieux comprendre les mécanismes de la résistance aux antibiotique est un enjeu important dans la lutte contre les maladies infectieuses, qui fait face à la propagation de bactéries multi-résistantes. Les études d'association à l'échelle des génomes sont des outils puissants pour explorer les polymorphismes liés aux variations phénotypiques dans une population. Leur cadre méthodologique est très documenté pour les eucaryotes, mais leur application aux bactéries est très récente. Durant cette thèse, j'ai cherché à rendre ces outils mieux adaptés aux génomes plastiques des bactéries, principalement en travaillant sur la représentation des variations génétiques. En effet, parce que les bactéries ont la capacité à échanger du matériel génétique avec leur environnement, leurs génomes peuvent être trop différents au sein d'une espèce pour être alignés contre une référence. La description des variations par des fragments de séquence de longueur k, les k-mers, offre la flexibilité nécessaire mais ne permet pas une interprétation directe des résultats obtenus. La méthode mise au point teste l'association de ces k-mers avec le phénotype, et s'appuie sur un graphe de De Bruijn pour permettre la visualisation du contexte génomique des k-mers identifiés par le test, sous forme de graphes. Cette vue synthétique renseigne sur la nature de la séquence identifiée: il peut par exemple s'agir de polymorphisme local dans un gène ou de l'acquisition d'un gène dans un plasmide. Le type de variant représenté dans un graphe peut être prédit avec une bonne performance à partir de descripteurs du graphe, rendant plus opérationnelles les approches par k-mers pour l'étude des génomes bactériens / The emergence and spread of multi-drug resistance has become a major worldwide public health concern, calling for better understanding of the underlying resistance mechanisms. Genome-wide association studies are powerful tools to finely map the genetic polymorphism linked to the phenotypic variability observed in a population. However well documented for eukaryotic genome analysis, these studies were only recently applied to prokaryota.Through this PhD project, I searched how to better adapt these tools to the highly plastic bacterial genomes, mainly by working on the representation of the genetic variations in these genomes. Indeed, because the bacteria have the faculty to acquire genetic material by a means other than direct inheritance from a parent cell, their genomes can differ too much within a species to be aligned against a reference. A representation using sequence fragments of length k - the so-called k-mers - offers the required flexibility but generates redundancy and does not allow for a direct interpretation of the identified associations. The method we set up tests the association of these k-mers with the phenotype, and takes advantage of a De Bruijn graph (DBG) built over all genomes to remove the local redundancy of k-mers, and offer a visualisation of the genomic context of the k-mers identified by the test. This synthetic view as DBG subgraphs informs on the nature of the identified sequence: e.g. local polymorphism in a gene or gene acquired through a plasmid. The type of variant can be predicted correctly in 96% of the cases from descriptors of the subgraphs, providing a tractable framework for k-mer-based association studies

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