Dans les pays en voie de développement, les évolutions prévues par les organismes internationaux montrent une progression beaucoup plus importante des maladies chroniques non transmissibles, comme le cancer, que des maladies transmissibles. Actuellement, la majorité des études montre que la tendance à l'augmentation de l'incidence et de la mortalité par cancer colorectal est plus marquée dans les sociétés riches que dans les sociétés pauvres. Dans les pays développés le cancer colorectal est au deuxième rang en ce qui concerne la mortalité par cancer et les changements dans les habitudes alimentaires et le mode de vie sont souvent mis en cause dans son développement. Bien que les données épidémiologiques soient rares, les populations de la plupart des pays asiatiques ne sont pas conscientes du risque grandissant que peut constituer pour eux le cancer colorectal. Comme les autres pays en développement, le Cambodge n'a pas de système d'enquête de consommation alimentaire, ni de système de surveillance ou de contrôle des substances chimiques, ni de système d'enregistrement, de contrôle ou de dépistage des cancers. L'objectif de cette recherche était de débuter la première observation d'une relation entre régime alimentaire et cancer colorectal au Cambodge. L'idée générale était d'identifier les aliments grands contributeurs des régimes alimentaires de la population cambodgienne, et de les traduire en calories, nutriments et composés bioactifs en se fondant sur les bases de données existantes. Une étude a également été menée sur les comportements de cette population, en ce qui concerne ses habitudes alimentaires et les modes de préparation des aliments susceptibles de produire des substances cancérigènes telles que des amines hétérocycliques (AH) et du benzo[a]pyrene (BaP). Pour réaliser ce travail de recherche, une enquête de consommation alimentaire a été effectuée à l'aide d'un rappel sur 24 heures et d'un questionnaire de fréquence alimentaire, afin de créer une base de données dédiée pour servir à l'évaluation des risques. Ensuite, une évaluation de l'exposition aux AH et BaP a été effectuée, afin d'établir une hiérarchie du risque que ces substances posent pour cette population d'étude ; celle-ci a été réalisée en croisant les données de consommation alimentaire, obtenues par le biais d'une enquête de consommation alimentaire individuelle exécutée dans ce travail, avec les données de contamination rassemblées à partir des analyses chimiques reportées dans la littérature scientifique récente. Les résultats ont été comparés avec les valeurs toxicologiques de référence. Ils ont montré que les habitudes alimentaires au Cambodge n'ont pas encore changé pour s'adapter à l'alimentation occidentale, et qu'elles offrent plus de composés protecteurs. L'exposition aux contaminants néoformés (AH et BaP) a été plus faible par rapport aux pays régionaux ainsi qu'aux pays développés. La présence de composés endogènes tels que glucides, fibres alimentaires, calcium et vitamine C semble protéger la population cambodgienne du cancer colorectal. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étudier les interactions entre l'alimentation, le mode de vie et les facteurs génétiques, ainsi que d'autres facteurs également.

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'effort actuel de construction d'une écologie intégrative. J'y étudie les mécanismes d'interaction entre ressources abiotiques, réseaux trophiques et propriétés des écosystèmes, au moyen d'une expérience d'évolution, d'un modèle de méta-écosystème et d'un modèle bioénergétique d'assemblage d'écosystèmes. Les organismes modifient la disponibilité des ressources en les prélevant pour leur croissance. Inversement, la disponibilité des ressources influence la diversité et la composition en espèces du réseau trophique, en agissant comme force de sélection sur les traits d'acquisition des ressources (chap. 1, 5). Les propriétés de l'écosystème, telles que stabilité et productivité, dérivent des interactions entre la dynamique des ressources et celle du réseau trophique (chap. 2). Enfin, le fonctionnement de l'écosystème rétroagit sur les ressources abiotiques via le recyclage de la biomasse (chap. 2, 5). Ces processus interviennent lors de l'assemblage des réseaux trophiques et structurent le développement des écosystèmes (chap. 3-5). Dans cette thèse j'analyse ces mécanismes de rétroaction biotique-abiotique sur plusieurs échelles d'organisation, d'espace et de temps. Notamment, les modèles développés ici fournissent des outils novateurs pour étudier les mécanismes de construction des écosystèmes, en mettant en évidence les liens entre métabolisme des espèces, structure du réseau trophique et fonctionnement de l'écosystème, et leur variation au cours du temps. Ce travail ouvre de vastes perspectives de recherche en combinant les derniers progrès d'une écologie intégrative dans une conception mécaniste du développement des écosystèmes. / This thesis participates to the current effort towards the construction of an integrative ecology. I study the feedback mechanisms between abiotic resources, food webs and ecosystem properties, through an evolution experiment, a model of metaecosystem, and a bioenergetic ecosystem assembly model. Organisms modify resource availability by consuming them for their growth. Conversely, resource availability influences the species diversity and composition of the food web, by acting as a selection pressure on traits for resource acquisition (chap. 1, 5). Ecosystem properties, such as stability and productivity, derive from the interactions between resource and food web dynamics (chap. 2). Finally, ecosystem functioning feeds back on abiotic resources through the recycling of biomass (chap. 2 and 5). These processes occur during the food web assembly and drive the development of ecosystems (chap. 3-5). In this thesis I analyze these biotic-abiotic feedback mechanisms on several scales of organization, space and time. The models developed here provide innovative tools to study the mechanisms of ecosystem construction by pointing out the links between species metabolism, food web structure and ecosystem functioning, and their variation through time. This work opens wide research perspectives, as it combines the most recent progress of an integrative ecology into a mechanistic framework of ecosystem development.

Le charbon de bois (biochar), est un amendement qui améliore les propriétés physico-chimiques du sol, augmente le stockage du carbone et les productions agricoles. Les anciens sites de production de charbon permettent d'évaluer son impact directement sur le terrain et sur le long terme. Dans les Alpes italiennes on a échantillonné une série de charbonnières daté de 1858 ainsi que les sols de prairies adjacents, ne contenant pas de charbon. 80±21% du carbone provenant de la production du charbon est toujours présent dans le sol et a un temps de résidence moyen de 650±139 ans. Le contenu des nutriments et leur biodisponibilité sont plus élevés dans les charbonnières par rapport à la prairie alentour et, sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1858. L'ajout de charbon apporte des nutriments au sol, mais à court terme les ions Ca2+, K+, SO42- et Mg2+ sont lixiviés sous forme de cendres. Le charbon s'avère capable de retenir les dépositions atmosphériques de PO43-, NH4+, NO3- et, sur le long terme, de K+. L'augmentation du contenu en nutriments, la diminution de l'hydrophobie et de la densité apparente du sol augmentent la productivité et la valeur nutritionnelle des espèces alpines fourragères (Festuca nugrescens Lam. et Trifolium pratense L.). La croissance des plantes est limitée par l'azote sur les charbonnière et par le phosphore dans les prairies non-amendés ou amendés récemment. Nous concluons que le charbon/biochar peut être une stratégie pour stocker le carbone dans les sols, augmenter la production de biomasse et la qualité du fourrage des prairies Alpines à long terme. Toutefois les opérations d'enfouissement peuvent être complexes à cause de la géomorphologie des Alpes. / Charcoal or biochar is proposed as a soil amendment to improve physio-chemical soil properties, increase soil carbon (C) stocks and agricultural yields. Ancient charcoal hearths provide an opportunity to investigate its impact under field conditions and in the long term. A series of charcoal hearths and adjacent charcoal-free soils under grassland in the Italian Alps abandoned in 1858 was sampled.80±21% of the C originating from ancient charcoal is still present in the soil today and has a Mean Residence Time of 650±139 years. The content of total and available nutrients is higher in the hearths soils compared to the surrounding grasslands and it is higher today compared to 1858. The input of charcoal directly adds nutrients to soils but Ca2+, K+, SO42- and Mg2+ are leached in the short term after application, as they are lost in the form of ashes. Charcoal is able to retain atmospheric depositions of PO43-, NH4+, NO3- and in the long term K+.The increase in soil nutrient content and decreases in hydrophobicity and bulk density translated into higher plant growth and nutritional values of two alpine fodder species (Festuca nigrescens Lam. and Trifolium pratense L.). Plant growth was N-limited in the charcoal hearths soils and P-limited in the surrounding grasslands not amended or recently amended with charcoal/biochar.We can conclude that charcoal/biochar is a long term strategy to store carbon in soils, improve biomass productivity and fodder quality in alpine grasslands. However charcoal/biochar incorporation into soil can be complex because of the geomorphology of the Alps.

L’alimentation représente une piste prometteuse pour la prévention des pathologies du vieillissement cérébral, en particulier la démence et sa principale cause, la maladie d’Alzheimer, pour lesquelles il n’existe aucun traitement étiologique. La recherche épidémiologique nutritionnelle a traditionnellement reposé sur une approche par nutriment candidat, ignorant les effets additifs et potentiellement synergiques entre composés alimentaires, pourtant consommés ensemble dans l’alimentation. La combinaison nutritionnelle optimale pour la prévention du déclin cognitif et de la démence reste encore inconnue. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’identifier de nouvelles cibles préventives pour le vieillissement cérébral via une approche holistique de l’exposition nutritionnelle, combinant des méthodes semi-confirmatoires (par profils de nutriments candidats) et des approches plus exploratoires (profilage métabolomique) dans la cohorte de personnes âgées des Trois-Cités (3C), Bordeaux. Dans une première partie semiconfirmatoire, deux profils multi-nutriments associés au risque de démence au cours de 12 ans de suivi, ont été identifiés par une méthode de réduction de dimension supervisée : un profil d’apports alimentaires en polyphénols (combinant principalement des composés phénoliques du vin rouge, des agrumes et des noix) et une combinaison de biomarqueurs nutritionnels (vitamine D, caroténoïdes et acide gras polyinsaturés). Dans une seconde partie exploratoire, des profils en métabolomique non-ciblée, analysés par régression pénalisée, ont mis en évidence une relation entre le métabolome alimentaire (métabolites dérivés du café, des agrumes, du chocolat, du poisson, du vin rouge) et le déclin cognitif. Des altérations du métabolome endogène ont également été observées, suggérant l’implication du statut cardiométabolique (phospholipides, acylcarnitines, acides biliaires, triméthyllysine, glucose) et du microbiote (acides biliaires secondaires, triméthyllysine) dans le vieillissement cérébral. Enfin, une analyse du lipidome a permis d’identifier une signature lipidique du déclin cognitif, validée dans un échantillon externe issu de 3C Dijon. Cette étude suggérait des modifications précoces des lipides membranaires au cours du vieillissement cérébral. / Diet is a promising strategy for the prevention of brain aging, including dementia and its main form Alzheimer’s disease, for which no cure currently exists. Traditional nutritional epidemiology is based on a candidate-nutrient approach that ignores additive effects and potential synergies between dietary compounds, though consumed together in the diet. The optimal combination of nutrients for the prevention of cognitive decline and dementia remains unknown. The objective of this thesis was to identify new preventive targets for brain aging through a holistic approach of nutritional exposures, including semiconfirmatory (patterns of candidate-nutrients) and exploratory methods (metabolomics profiling) applied to older people from the Three-City (3C) study, Bordeaux. In a first part (semi-confirmatory), we investigated combinations of nutrients best associated with the risk of dementia over 12 years, using partial least square regression. We identified two multinutrient patterns: a pattern of polyphenols intake (mainly composed of polyphenols from red wine, citrus and nuts) and a nutrient biomarker pattern (including vitamin D, carotenoids and polyunsaturated fatty acids). In a second part (exploratory), we discovered, using untargeted metabolomics and penalized regression, associations between the food metabolome (metabolites derived from coffee, citrus, chocolate, fish and red wine) and cognitive decline. Other metabolic alterations involved the endogeneous metabolome, including metabolites related to cardiometabolic status (phospholipids, acylcarnitines, bile acids, trimethyllysine, glucose) and to gut microbiota (secondary bile acids, trimethyllysine). Finally, the study of the lipidome revealed a lipid signature of cognitive decline, validated in an external sample from 3C Dijon, which suggested early change in membrane lipids over the course of brain aging.

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.

A partir de la fin des années 1960, la fermeture des milieux consécutive à la déprise agricole a favorisé la recrudescence des grands feux, et au plan local, a augmenté la fréquence des incendies. Les objectifs de la thèse étaient d'évaluer les effets des incendies récurrents sur la capacité de résilience des propriétés microbiennes des sols, d'identifier les principaux facteurs impliqués dans la résilience microbienne et d'évaluer l'efficacité d'apports de composts pour favoriser la restauration de la qualité chimique et microbiologique des sols. Les dynamiques de retour à court et long terme des activités de minéralisation du C et du N, des activité enzymatiques et de la diversité catabolique des communautés microbiennes, ainsi que leur stabilité à des stress hydriques supplémentaires, ont été évaluées sous des régimes d'incendie fréquents et peu fréquents. La matière organique (MO) a été caractérisée par les techniques IRTF et RMN CPMAS du 13C. Les effets d'un apport de composts de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la qualité des sols ont été étudiés in-situ sur des sols fréquemment incendiés en croisant 3 niveaux de maturité (3 semaines, 3 mois et 9 mois) et 3 temps depuis le dernier feu (10 mois, 5 ans et 18 ans). Les résultats ont montré que les incendies répétés accélèrent le retour après le feu de la nitrification nette et des profils cataboliques mais affectent durablement la plupart des autres fonctions microbiennes. L'activité respiratoire des sols récemment incendiés s'est avérée plus résistante aux stress hydriques mais également moins résiliente lorsque les feux sont récurrents. Les résultats démontrent le rôle limitant de l'évolution de la MO, en particulier de son degré d'aromaticité, sur la dynamique de retour des fonctions microbiennes après les feux et leur résilience aux stress. L'apport des composts sur les sols fréquemment incendiés est une solution efficace pour restaurer la qualité des sols mais nécessite de sélectionner une maturité adaptée à l'histoire contemporaine d'incendie.

Les cuvettes du Damagaram Est (Sud-Est du Niger), sources importantes de productions alimentaires et de revenus, sont sujettes à ensablement par des sédiments éoliens. L’amplification du phénomène de la désertification au Sahel a exacerbé ce processus. L’objectif de ce travail, effectué au Nord-Ouest de Gouré, est d’évaluer l’impact de l’occupation du sol sur l’activité éolienne et l’ensablement des cuvettes d’une part, et d’autre part de tester l’efficacité d’une technique de fixation de dunes en terme de réduction des flux éoliens et de restauration écologique. Pour atteindre ces objectifs, nous avons suivi pendant 3 ans les caractéristiques du vent et l’activité éolienne ainsi que mesuré les flux de sédiments éoliens en relation avec l’évolution de la biomasse végétale. Les résultats obtenus ont montré que l’érosion éolienne sur les pâturages suit une dynamique saisonnière marquée, principalement en relation avec la dynamique temporelle de la hauteur de rugosité aérodynamique (Z0). Cette dynamique est due à l’impact de la pluviométrie et des activités pastorales et anthropiques sur la végétation herbacée. Les pâturages sur sols sableux apparaissent comme des zones potentielles de déflation au cours de la deuxième moitié de la saison sèche et pourraient ainsi contribuer à l’ensablement des cuvettes. Les tempêtes observées dans la première moitié de la saison des pluies au Sahel sont responsables d’une mobilisation importante de sédiments éoliens. L’analyse physico-chimique de ces sédiments montre globalement que les proportions de limons et d’argiles augmentent au détriment de la proportion de sables quand la hauteur de collecte augmente. Ceci s’accompagne d’un enrichissement important en nutriments (N, P, K) et en carbone. Les bilans de masse au niveau parcellaire sont globalement positifs, indiquant un apport net de sédiments, de nutriments et de carbone. Cependant, les incertitudes liées à ces bilans de masse sont très élevées. Si ces résultats semblent donc indiquer l’existence de sources de sédiments extérieures à la parcelle dans le contexte de cette étude, ils ne peuvent être interprétés comme preuve de l’absence d’érosion sur les sols dunaires à vocation pastorale. L’emploi de palissades antiérosives à base de Leptadenia pyrotechnica s’est révélé être une technique très efficace de fixation mécanique de dunes vives en zone semi-aride, permettant de réduire de plus de 95% les flux dès la première année. Elle entraîne la reprise des herbacées, tant en quantité qu’en diversité des espèces. Cette végétation renforce progressivement l’action anti-érosive. Cette technique constitue de ce fait une méthode adéquate de restauration des dunes dégradées en condition de non pâture. / The “cuvettes” of Eastern Damagaram (South-Eastern Niger), which are an important source of food and revenue, are being silted up by aeolian sediment. The amplification of the desertification phenomenon in the Sahel is exacerbating this process. The objective of this research, carried out to the North-West of Gouré, was to evaluate the impact of land use on the aeolian activity and the silting up of the cuvettes on the one hand, and on the other hand to evaluate the effectiveness of a dune fixation technique in terms of flux reduction and ecological restoration. To achieve these objectives, the wind characteristics and the aeolian activity were monitored for three years and we measured the sediment fluxes in relation to the development of the herbaceaous cover. It was shown that sediment fluxes on pasture land follow clear seasonal dynamics related to the temporal dynamics of the aerodynamic roughness length (Z0). These dynamics are due to the impact of rainfall as well as pastoral and human activities on the herbaceous vegetation. Pasture land on sandy soils appears to be a potential source of sediment during the second half of the dry season and may therefore contribute to silting up of the cuvettes. The dust storms observed during the early part of the rainy season in the Sahel are responsible for an important mobilization of aeolian sediment. The physico-chemical analysis of the sediment indicates an increase in the clay and silt content relative to the sand content as the height increases above ground. This goes together with an enrichment in nutrients (N, P, K) and carbon. The mass balances at plot level are positive overall, thereby indicating a net addition of sediment, nutrients and carbon. However, the uncertainty associated with these mass balances is very high. Although the results seem to indicate the existence of external sources of sediment in the present study, they cannot be interpreted as a definite proof of the absence of erosion on grazed dune soils. The use of windbreaks made of Leptadenia pyrotechnica proved to be a very effective mechanical dune fixation technique, reducing sediment fluxes by more than 95% as off the first year. The windbreaks resulted in a progressive recovery of the herbaceous cover, both in quantity and species diversity. The herbaceous cover reinforced the anti-erosive effectiveness of the windbreak. This technique therefore constitutes an adequate method for the restoration of degraded dunes under zero grazing conditions.

En relation avec sa position anatomique, la détection portale de nutriments se situe au coeur de l’impact de la composition nutritionnelle d’un repas sur la prise alimentaire et le métabolisme énergétique. Ainsi, la détection portale de glucose, produit par exemple en réponse aux protéines alimentaires, induit un signal nerveux à l’origine d’une induction de la satiété et d’une amélioration de l’homéostasie glucidique. Grâce à des travaux physiologiques et anatomiques chez le rat, nous proposons un modèle pour cette détection dans lequel deux modes interviennent, soit un transport et un catabolisme intracellulaire, soit une détection purement extracellulaire du glucose. La glycémie portale est détectée par l’un ou l’autre de ces mécanismes en fonction de sa différence avec la glycémie artérielle, reflet du statut nutritionnel et métabolique des individus. Un signal nerveux est ensuite initié dans les neurones périportaux, dont les axones aboutissent à proximité de la lumière veineuse. Les études immunohistochimiques réalisées ont permis de montrer que ce signal induit une activation cérébrale étendue en relation avec les effets multiples du glucose portal, dans le tronc cérébral, les systèmes sensoriels et cortico-limbiques, et l’hypothalamus. Dans ce dernier, la nature cellulaire de l’activation conforte notamment l’hypothèse de l’implication du signal glucose portal dans l’effet de satiété induit par les régimes riches en protéines. / Nutrient sensing in the portal vein occurs in a strategic location to relay the effects of the diet on food intake and energy metabolism. The portal sensing of glucose produced for instance in response to dietary proteins initiates a nervous signal that ultimately induces satiety and a better control of glucose metabolism. Our physiological and anatomical approaches enable us to propose a sensing model in which two different mechanisms can occur, involving either the intracellular transport and catabolism of glucose or a direct extracellular detection. Portal glycaemia is detected by one pathway or the other depending on its difference with arterial blood glucose, which reflects the nutritional and metabolic state of the subject. A nervous signal is then initiated in periportal neurons, whose axons terminate close to the venous lumen. Our immunohistochemical studies have shown that this signal induces a widespread activation in the brain that relates to the multiple effects of portal glucose appearance, in the brainstem, the sensory and cortico-limbic systems and the hypothalamus. In this latter area, the cellular nature of the activation supports the hypothesized central role of portal glucose appearance in the satiety effect of high-protein diets.

Cette étude a été menée afin de mieux comprendre l’influence de l’herbier à Zosteranoltii du Bassin d’Arcachon, herbier affecté par une sévère régression depuis les années2000, sur la dynamique biogéochimique des sédiments intertidaux de cette lagune. Dans cet environnement côtier dynamique, il s’agissait de caractériser cette influence sur demultiples échelles spatiales (i.e. de la racine à l'écosystème) et temporelles (i.e. tidale, diurne, saisonnière et interannuelle). Des mesures par voltammétrie in situ de la composition des eaux porales des sédiments intertidaux non végétalisés ont montré que (i) les distributions verticales des espèces réduites variaient avec les marées et que (ii) la dynamique de l’oxygène dissous en réponse aux cycles tidaux et diurnes était contrôlée par l’activité photosynthétique et les migrations verticales du microphytobenthos. L’étude de l’influence de l’herbier sur cette dynamique via des pertes d’oxygène au niveau des racines a été initiée en mesurant les variations des concentrations en oxygène à l’intérieur des lacunes aérifères de ces plantes. L’organisation des lacunes de Zostera noltii est présentée pour la première fois dans cette étude. La distribution verticale de nutriments dans les eaux porales de sédiments végétalisés et de sédiments nus a été caractérisée pendant la période de croissance de l’herbier. La présence de Zostera noltii a induit une zonation verticale marquée de cette distribution qui reflète l’évolution avec la profondeur de l’équilibre entre la production de nutriments résultant de l’exsudation de matière organique labile par les parties souterraines de la plante (source) et le pompage de ces nutriments par les racines (puits). L’existence d’un pompage de carbone inorganique dissous et de silice dissoute par les racines de l’herbier a été mise en évidence. Des mesures d’échanges benthiques d’oxygène dissous sur des sédiments nus et colonisés par Zostera noltii ont permis de caractériser la saisonnalité et l’hétérogénéité spatiale du métabolisme benthique (respiration et production primaire brute) en relation avec les distributions d’herbier et/ou de macrofaune benthique. Dans les sédiments végétalisés, la forte variabilité spatio-temporelle de ce métabolisme benthique était largement contrôlée par la biomasse de feuilles d’herbier. A l’échelle de la lagune, nos calculs ont montré que la regression de l’herbier à Zostera noltii entre 2005 et 2007 a induit une diminution significative des taux de respiration et de production de la zone intertidal de la lagune. L’évolution interannuelle de la biogéochimie de sédiments colonisés par Zostera noltii a été étudiée en 2006 et en 2010/2011 sur une zone située dans une partie du Bassin d’Arcachon particulièrement affectée par le déclin des herbiers (secteur de Cassy). Contrairement aux observations réalisées sur l’herbier bien portant en 2006, l’herbier en déclin augmenterait le relargage de nutriments dans les sédiments via la stimulation de la production d’ammonium ou de la dissolution du phosphore particulaire. La régression des herbiers fournirait un apport significatif de phosphore vers la colonne d’eau de la lagune, d’une magnitude comparable aux apports par les rivières ou à ceux liés au pompage tidal. / The aim of this study was to improve our understanding of the influence of the Zostera noltii meadows of the Arcachon Bay, a seagrass meadow affected by a severe regression since the 2000’s, on the biogeochemical dynamic of the intertidal sediment of this lagoon. In such a changing coastal environment, it was important to characterize this influence on a wide range of spatial (i.e. from roots to the ecosystem) and temporal scales(i.e. tidal, diurnal, seasonal and inter-annual). In situ voltammetric measurements of the composition of porewater in an intertidal unvegetated sediment showed that (i) the vertical distribution of reduced species varied with tides and (ii) the oxygen dynamic in response to tidal and diurnal cycles was controlled by the photosynthetic activity and vertical migrations of microphytobenthos.The study of the influence of seagrasses on this dynamic by radial oxygen loss around roots was initiated with measurements of oxygen concentrations inside the lacunae of these plants. The organization of the lacunae of Zostera noltii is presented for the first time inthis study. The vertical distribution of porewater nutrients in vegetated and unvegetated sediments was characterized during the growth period of seagrasses. The presence of Zostera noltii induced a strong vertical zonation related to the depth-evolution of the balance between nutrient production stimulated by the root exudation of labile organic matter (source) and the root uptake of nutrients (sink). This study revealed the occurence of a root uptake of dissolved inorganic carbon and dissolved silica. Measurements of benthic oxygen exchanges on sediments colonized or not by Zostera noltii enabled the characterization of the seasonality and spatial heterogeneity of benthic metabolism (respiration and gross primary production) related to macrofaunal and macrophytic distribution. In vegetated sediments, the spatio-temporal variability of this benthic metabolism was highly controlled by leaves biomass. At the lagoon scale, our calculations showed that the regression of Zostera noltii meadows induced a significant decresase of mean annual respiration and production rates of the intertidal area of the lagoon.The inter annual evolution of the biogeochemistry of sediments colonized by Zostera noltii was studied in 2006 and in 2010/2011 in an area of the Arcachon Bay highly affected by the seagrass decline. In contrast to the healthy meadow in 2006, the declining meadow has increased nutrient release in sediments stimulating the production of ammonium or the dissolution of particulate phosphorus. This study shows that seagrass decay may result in a significant supply of phosphorus to the water column of a magnitude comparable to annual inputs to the lagoon from the rivers and the tidal pump.

La présente thèse porte sur des travaux expérimentaux et de modélisation visant à étudier les processus bactériens et algaux au sein d’une lagune a haut rendement algal (HRAP). Un système pilote HRAP a été construit et les impacts des différentes conditions opérationnelles sur l’hydrodynamique et le transfert gaz/liquide du pilote ont été étudiés. De plus, le rapport d'inoculation optimal entre les algues et les bactéries (Al-Bac) a également été étudié. La biomasse Al-Bac a ensuite été inoculée dans le système HRAP pour une évaluation à long terme du traitement des eaux usées et de la récupération des nutriments. Le HRAP dans cette étude peut être appliqué en traitement secondaire de eaux usées ou comme étape primaire éliminant rapidement les charges élevées de DCO et de TKN des retour en tête de digesteurs anaérobies (centrats). Les résultats expérimentaux obtenus ont également été utilisés pour calibrer et valider des modèles de type « boîte noire » et mécanistes. Les deux modèles peuvent décrire le fonctionnement à long terme du système. Le premier permet ainsi d'évaluer rapidement les performances du système ainsi que de le dimensionner, tandis que le second simule avec succès les résultats à long (général) et à court (détaillé) terme. L'étape suivante devrait être l'application du système à grande échelle. / The thesis focused on both experimental and modeling works aiming to investigate the algal bacterial processes in High-Rate Algal Pond (HRAP) system. A pilot HRAP system was built and the impacts of different operational conditions on hydraulic and gas transfer rate of the pilot were investigated. Moreover, optimal inoculation ratio between algae and bacteria (Al-Bac) was also studied. The Al-Bac biomass was theninoculated in the HRAP system for long term assessment of wastewater treatment and nutrient recovery. The HRAP in this study can be applied for secondary treatment application or as a primary step removing rapidly high loads of COD and TKN from centrate wastewater. Experimental results obtained were also employed in calibrating and validating black box and comprehensive algal bacterial models. Both models coulddescribe the system in long term. The former was adequate for giving quick assessment of the system performance as well as sizing application while the latter successfully simulated the results both in long (general) and short (detailed) time scale. A next step should be applying the system in large scale.