La pomme de terre est la culture agricole qui est victime du plus grand nombre de maladies et de ravageurs pouvant ainsi causer des dégâts de rendements relativement importants. La télédétection en agriculture permet de spatialiser ces stress par la correspondance entre les caractéristiques biophysiques de la végétation et les propriétés optiques des images. Les aéronefs sans pilote (ASP) constituent des plateformes de plus en plus répandues permettant l’acquisition d’imagerie aérienne à très hautes résolutions spatiale et temporelle. L’objectif général du projet visait à développer un outil d’aide à la surveillance phytosanitaire de cultures de pomme de terre, économique, opérationnel sur le terrain et basé sur la télédétection, en appui aux méthodes traditionnelles de dépistage. Les objectifs spécifiques suivants étaient visés : automatiser une chaîne de traitement d’imagerie pour l’agriculture, acquise à partir d’un aéronef sans pilote ; appliquer des indices basés sur l’imagerie visible proche infrarouge et infrarouge thermique pour la détection de stress dans la culture de la pomme de terre ; développer un outil d’aide à la décision en appui aux méthodes de dépistage actuelles ; évaluer le potentiel des ASP pour le suivi des cultures de pommes de terre. Le projet s’est déroulé en deux phases et sur deux sites d’études au Québec, en Montérégie et au Saguenay-Lac-Saint-Jean. La première année, des corrélations entre les mesures des paramètres biophysiques et les valeurs spectrales de l’imagerie ont permis d’établir une estimation de la biomasse humide à partir de l’indice de végétation MSAVI 2 avec un coefficient de détermination de 0,81. Une fois la relation végétation/imagerie établie, des cartes zonales de ravageurs, maladies et problèmes de développement pour les dépistages ont pu être réalisées la seconde année. Les classifications supervisées des zones de maladies ont été validées à 100 %, celles des ravageurs à 89,5 % et celles des problèmes de développement à 81 %. Enfin, une analyse technico-économique a été effectuée pour évaluer l’utilisation des ASP dans le domaine agricole et comparer l’utilisation d’un tel outil d’aide à la décision par rapport à d’autres types d’imagerie multispectrale (satellite, aérienne). Les coûts de production de cartes de dépistage par ASP sont actuellement beaucoup plus importants que par les autres moyens d’acquisition. Cependant, la croissance du nombre d’entreprises d’opérations et de services par ASP aura vraisemblablement comme conséquence de faire diminuer les coûts de vols dans les prochaines années. De plus, la très haute résolution spatiale et la rapidité de mise en place constituent des avantages techniques qui jouent en faveur de l’emploi des ASP en agriculture. Un projet comme celui-ci illustre l’utilité des ASP en télédétection agricole mais également les nombreuses problématiques à résoudre pour obtenir un produit livrable à l’agriculteur en concordance avec ses besoins techniques et financiers dans une optique de préservation de l’environnement. Du vol de l’ASP jusqu’au traitement de l’imagerie, en passant par l’intégration des capteurs, les défis à relever sont nombreux. Cependant, la ferveur actuelle pour ces technologies est telle que les avancées technologiques dans le domaine sont très rapides. On peut imaginer qu’à l’échelle mondiale, l’utilisation des ASP en agriculture pourrait faire diminuer les quantités d’intrants agricoles tout en augmentant les rendements des cultures.

L’utilisation non raisonnée d’insecticides a des conséquences sur l’environnement et la santé humaine mais aussi sur le développement de résistances chez les insectes nuisibles. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur le développement d'une technique de nanoencapsulation d'un agent synergisant chimique, la deltaméthrine (pyréthrinoide), associé un pro-insecticide l’indoxacarbe (oxadiazine). Sur la base d’études in vitro sur cellules neurosecrétrices de blattes (Periplaneta americana), une action synergique entre la deltaméthrine et le DCJW (métabolite actif de l’indoxacarbe) a été démontrée via un mécanisme intracellulaire original dépendant du calcium. Des études toxicologiques in vivo sur des blattes adultes ont permis de confirmer l’effet synergique entre la deltaméthrine et l’indoxacarbe. Pour optimiser la formulation de l’association de ces composés, des nanocapsules lipidiques contenant la deltaméthrine utilisée comme agent synergisant ont été produites. Les études de toxicité sur blattes ont permis de déterminer les doses effectives les plus faibles de l’association deltaméthrine nanoencapsulée/indoxacarbe et d’obtenir une optimisation de l’effet synergique avec la deltaméthrine nanoencapsulée. Cet effet synergique est plus important que celui du piperonyl butoxyde, composé utilisé dans les formulations d'insecticides classiques. Les résultats indiquent que la deltaméthrine, protégée des estérases par la nanoencapsulation, permet d’optimiser l’efficacité du traitement tout en réduisant les doses d’indoxacarbe. Cette nouvelle stratégie est une première étape dans le développement d'une formulation phytosanitaire efficace contre les insectes nuisibles. / The over-use of pesticides has represented a concern not only for its consequences against the environment but also for the increase in resistance mechanisms in pest insects. In this context, our research project is focused on the development of a nanoencapsulation technique of a deltamethrin (pyrethroid), used as synergistic agent, combined with a pro-insecticide indoxacarb (oxadiazine). Based on in vitro studies performed on cockroach (Periplaneta americana) neurosecretory cells, synergistic effect between deltamethrin and DCJW (active metabolite of indoxacarb) has been characterized, occurring through an original calcium-dependent intracellular mechanism. In vivo toxicological studies on adult cockroaches have confirmed these previous results. To optimize the formulation including the synergistic agent and indoxacarb, lipid nanocapsules (LNCs) containing deltamethrin have been developed. It has been possible to determine the lower effective doses of LNC-deltamethrin/indoxacarb mixture producing the synergistic effect in whole insects. The synergism obtained is more important than that of obtained with piperonil butoxide (PBO), the well-known synergist used in classical insecticide formulations. The results also indicate that LNC-deltamethrin, protected from esterase-induced detoxification enhances the toxicity of indoxacarb while reducing doses. This novel strategy is a first step for the development of a novel formulation more efficient against pest insects.

Le développement rapide de l’industrie chimique dans le monde et les risques insoupçonnables et souvent insidieux des produits chimiques ont permis à la communauté internationale de réglementer la commercialisation de ces produits. Ainsi, il a été élaboré des textes et des Conventions internationales réglementant le commerce de ces produits. L’objectif de la majorité de ces instruments est de favoriser le développement économique sans pour autant mettre à mal la santé publique et l’environnement. L’application de ces instruments internationaux a seulement atteint une maturité dans les pays industrialisés mais pose un véritable problème de société dans les pays en développement. L’effectivité de ces règles dans les pays en développement et principalement au Bénin est problématique. Les Etats se doivent de les ratifier ces instruments et de les transposer dans leurs législations nationales. Le législateur béninois a bien suivi cette démarche à travers la loi n°91-004 du 11 février 1991 portant réglementation phytosanitaire au Bénin et la loi-cadre sur l’environnement dont les dispositions sont applicables en matière de substances chimiques ou de pesticides. Ces différentes lois, ont-elles permis d’atteindre les objectifs de la protection agricole, de la santé publique, et de l’environnement ? Comment peut-on mettre en jeu la responsabilité des distributeurs béninois en cas de dommages liés à ces produits ? Les réponses à ces interrogations nous ont permis de constater des défaillances dans ces lois et que le législateur béninois doit moderniser sa législation dans le but de renforcer l’encadrement de ces produits. Quant aux mécanismes nationaux de responsabilité, la réforme à ce niveau est indispensable. Sinon les régimes de responsabilité ne permettent pas de responsabiliser les distributeurs. Les mécanismes de responsabilités existant dans le droit positif comportent des insuffisances pour une mise en œuvre efficace de la responsabilité des distributeurs. Ces insuffisances sont aussi bien réelles sur le plan de la responsabilité civile que pénal. Le législateur doit profondément revoir tout le dispositif applicable aux distributeurs, tout en modernisant le droit de la responsabilité civile avec la consécration de la responsabilité objective du fait des activités dangereuses. Aussi faudrait-il consacrer la responsabilité des personnes morales dans le droit pénal. / The rapid development of the chemical industry in the world and the unsuspected and often insidious risks of chemicals have enabled the international community to regulate the marketing of these chemicals. For example, texts and international conventions regulating trade in these products have been developed. The majority of these instruments aim to promote economic development without undermining public health and the environment. The application of these international instruments has only reached maturity in the industrialized countries but poses a real societal problem in the developing countries. The effectiveness of these rules in developing countries, and especially in Benin, is problematic. States must ratify these instruments and transpose them into national legislation.The Beninese legislator has indeed followed this approach through Act No. 91-004 of 11 February 1991 on phytosanitary regulations in Benin and the framework law on the environment, the provisions of which apply to chemical substances or pesticides. Have these different laws made it possible to achieve the objectives of agricultural protection, public health and the environment? How can the Beninese distributors be held liable for damages related to these products? The answers to these questions allowed us to note deficiencies in these laws and that the Beninese legislator must modernize its legislation with the aim of reinforcing the supervision of these products. As for national accountability mechanisms, reform at this level is essential. Otherwise liability schemes do not allow distributors to be held accountable. The mechanisms of responsibility in the positive law contain inadequacies for an effective implementation of the responsibility of the distributors. These shortcomings are as real in terms of civil and criminal liability. The legislator must thoroughly review the entire system applicable to distributors, while modernizing the law of civil liability with the recognition of the objective liability for dangerous activities. Consequently, the liability of legal persons should be enshrined in criminal law.

La voie non-mévalonate est fortement présente chez les plantes et les bactéries mais est absente chez les mammifères. C'est pourquoi inhiber la synthèse des isoprénoïdes et identifier un inhibiteur de cette voie enzymatique contribuera grandement à la recherche de nouveaux antibiotiques, antifongiques et herbicides. Les propriétés uniques de la 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomérase (DXR), l'enzyme centrale de cette voie enzymatique, en font une cible très intéressante pour la synthèse de nouveaux composés. La Fosmidomycine agit comme un inhibiteur de la DXR et reste aujourd'hui, avec son homologue acétylé FR90098, la référence en termes d'inhibiteur même si de nombreux efforts ont été faits pour la synthèse d'analogues depuis plusieurs années comme expliqué dans le premier chapitre avec la mise en relation de la structure des composés et leur activité. L'analyse de la diffraction des rayons X de la DXR avec la Fosmidomycine où le substrat naturel montre que la fonction phosphonate ou phosphate interagit avec une poche polaire hautement spécifique dans le site actif de l'enzyme permettant peu de modifications. Par comparaison, la fonction acide hydroxamique qui chélate le cation de l'enzyme offre la possibilité de modifications par l'introduction d'autres fonctions complexantes. Dans ce contexte, de nombreuses modifications comme l'introduction de fonctions carbamoylphosphinate, amidoxime, N-hydroxyurée et dérivées d'uraciles comme unités complexantes ont été synthétisées pour trouver des nouvelles familles d'inhibiteurs de la DXR. Toutes ces fonctions possèdent des propriétés de chélation intéressantes. En effet, elles ont déjà conduit à de puissants inhibiteurs de différentes métalloenzymes. / The non-mevalonate pathway is highly present in higher plants, protozoa and bacteria but as no equivalent in mammals. That is why shut down isoprenoid biosynthesis and identify a non-mevalonate pathway inhibitor would greatly contribute to the search for safer antibiotics, antimalarials and for our concern herbicides. The unique properties of the 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase (DXR), the central enzyme of this pathway, make it a remarkable and attractive target for drug design. Fosmidomycin acts as an inhibitor of DXR and still remains, along with its N-acetyl homologue FR90098, one of the most potent inhibitor ever known even if extensive work on the development of Fosmidomycin analogue derivatives have been developed since the last decade as demonstrated in the first chapter with the development of a structure activity relationship of all the potential inhibitors of this enzyme already reported in the literature. The X-ray diffraction analysis of the co-crystals of DXR and Fosmidomycin or substrate shows that the phosphonic/phosphate group interacts with a highly specific polar pocket in the enzyme site, allowing only few structural modifications. By contrast, the cation chelating subunit represented by the hydroxamic acid function offers fine tuning possibilities for the complexation abilities as well as potential secondary interactions with the NADPH cofactor or directly with the enzyme. In this context, several modifications such as the introduction of carbamoylphosphinate, amidoxime, N-hydroxyurea and uracil complexing subunits have been made in order to find new families of DXR inhibitors. All of these functions show promising chelation capabilities as they already led to potent inhibitors of different metalloenzymes.

La pollution phytosanitaire diffuse est un enjeu majeur à l’interface de l’agriculture et l’environnement. Ses conséquences sur la santé humaine et l’environnement ont poussé la société à interroger les scientifiques sur les outils d’aide à la décision et d’évaluation adéquats. Dans cette perspective, ce travail interdisciplinaire entre géographie et agronomie porte sur la mise en place d’outils pour une gestion concertée de la pollution phytosanitaire diffuse au niveau d’un territoire: la Merja Zerga au Maroc. Dans le cadre d’une approche participative, ce travail est basé sur l’utilisation conjointe et interactive de plusieurs outils interdisciplinaires: les Systèmes d’Informations Géographiques (SIG), l’indicateur de fréquence de traitement (IFT), un indicateur de risque de toxicité sur la santé de l’applicateur (IRSA) et environnementale (IRTE), une plate-forme technico-économique et un jeu de simulation par lesquels sont exploitées les données issues de la recherche bibliographique, des relevés de terrain et d’enquêtes auprès des acteurs du territoire. Les résultats de l’analyse multi-échelle du territoire ont permis de mettre en exergue la construction de l’espace du territoire de la Merja Zerga, les conséquences des pratiques phytosanitaires sur la santé humaine de l’applicateur et l’environnement, l’iniquité spatiale et sociale en terme de propension à polluer. En dépassant la simple évaluation, cette approche basée sur des outils génériques, constitue une étape originale pour la mise en place de stratégies de gestion des pesticides sans nuire à la viabilité économique des exploitations agricoles. / The phytosanitary diffuse pollution is a major focus for the interface of the agriculture and the environment. Its consequences for the human health and the environment urged the society to question the scientists on adequate tools of decision-making support and evaluation. In this perspective, we adopted an interdisciplinary approach between geography and agronomy in order to implement tools for a joint management of the diffuse phytosanitary pollution at the level of a territory: Merja Zerga in Morocco. Within the framework of a participatory approach, this work was based on the joint and interactive use of several interdisciplinary tools: the Geographical Information systems (GIS), the indicator of frequency of treatments (IFT), an indicator of risk of toxicity for the health of the applicator (IRSA) and for the environment (IRTE), a technical-economic platform and a simulation game. These tools enabled us to analyze the data gathered from the bibliographic research, the field statements and the surveys with the farmers and stakeholders of the territory.The results of this multi-scale analysis, from the farmer plots to the watershed basin allowed us to highlight the construction of the Merja Zerga space as a territory and to understand the consequences of the phytosanitary and agricultural practices on the human health of the applicator and on the environment, the spatial and social injustice in terms of propensity to pollute. This study based on generic tools, and going beyond the mere evaluation, constitutes an original approach for the establishment of strategies for the management of pesticides without damaging the economic sustainability of farms.

Les pollutions diffuses d'origine agricole dues aux produits phytosanitaires sont souvent mises en cause dans la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines. En viticulture, le cuivre est encore largement utilisé comme fongicide, associé à des pesticides organiques.<br />Le climat méditerranéen favorise un ruissellement et une érosion des sols viticoles, les rendant très propices aux transferts des polluants vers les eaux de surface. Des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées et analysées pour l'étude de la spéciation,<br />la biodisponibilité et la toxicité du cuivre. La méthodologie adoptée a eu pour but de caractériser l'exposition au cuivre par rapport aux autres produits phytosanitaires issus du traitement des vignes. L'effet toxique in vitro du cuivre en conditions contrôlées et dans les eaux de ruissellement a été évalué sur des organismes aquatiques (bactérie Vibrio fischeri, algue Pseudokirchneriella subcapitata) et a permis de valider les effets observés par rapport aux concentrations en ion libre calculé. Les producteurs primaires étant une cible privilégiée dans le cadre de la contamination par le cuivre, l'effet sur Pseudokirchneriella subcapitata a<br />été évalué à différents niveaux (croissance, intégrité membranaire, activité photosynthétique, activité estérasique) afin de mieux comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu, et a montré que la croissance est l'indicateur le plus sensible vis à vis de la toxicité du cuivre. Les effets observés ont été interprétés en fonction de la spéciation chimique du cuivre dans les<br />eaux : caractérisation physico-chimique et fractionnement par taille (matières en suspension,<br />colloïdes), modélisation de la spéciation (MINEQL+), évaluation du potentiel de mobilisation du cuivre de la fraction particulaire vers la fraction dissoute. Enfin, l'effet toxique des complexes métalliques lipophiles, qui constitue une exception au modèle de biodisponibilité<br />de l'ion libre, a été étudié en conditions contrôlées. Cette double approche (caractérisations physico-chimiques et influence de la spéciation des polluants sur la toxicité in vitro) a permis de déterminer les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité dans les eaux<br />de ruissellement : le type de sol des parcelles, les caractéristiques de la pluie et les types d'apports de produits phytosanitaires (cuivre, arsenic, Diuron).

La pollution phytosanitaire diffuse est un enjeu majeur à l'interface de l'agriculture et l'environnement. Ses conséquences sur la santé humaine et l'environnement ont poussé la société à interroger les scientifiques sur les outils d'aide à la décision et d'évaluation adéquats. Dans cette perspective, ce travail interdisciplinaire entre géographie et agronomie porte sur la mise en place d'outils pour une gestion concertée de la pollution phytosanitaire diffuse au niveau d'un territoire: la Merja Zerga au Maroc. Dans le cadre d'une approche participative, ce travail est basé sur l'utilisation conjointe et interactive de plusieurs outils interdisciplinaires: les Systèmes d'Informations Géographiques (SIG), l'indicateur de fréquence de traitement (IFT), un indicateur de risque de toxicité sur la santé de l'applicateur (IRSA) et environnementale (IRTE), une plate-forme technico-économique et un jeu de simulation par lesquels sont exploitées les données issues de la recherche bibliographique, des relevés de terrain et d'enquêtes auprès des acteurs du territoire. Les résultats de l'analyse multi-échelle du territoire ont permis de mettre en exergue la construction de l'espace du territoire de la Merja Zerga, les conséquences des pratiques phytosanitaires sur la santé humaine de l'applicateur et l'environnement, l'iniquité spatiale et sociale en terme de propension à polluer. En dépassant la simple évaluation, cette approche basée sur des outils génériques, constitue une étape originale pour la mise en place de stratégies de gestion des pesticides sans nuire à la viabilité économique des exploitations agricoles.

Dans un contexte où l’utilisation de substance chimique en agriculture est de plus en plus décriée, il est nécessaire de trouver de nouveaux moyens de protections des cultures, tout en maintenant une agriculture économiquement performante. Ainsi, un peptide extrait de graines de pois nommée PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), présentant une forte activité insecticide a été découvert au laboratoire. PA1b provoque chez l’insecte modèle du laboratoire, le charançon des céréales Sitophilus sp., 100% de mortalité. L’action de PA1b passe par la liaison à un récepteur présent chez les charançons sensibles, et cette liaison est absente chez les charançons résistants ; ce récepteur est une pompe à protons nommée V-ATPase pour Vacuolar ATPase. Elle est composée de 14 sous-unités organisées en deux complexes protéiques nommés V1 (intracellulaire) et V0 (membranaire). PA1b agissant à l’extérieur des cellules seul le complexe V0 composé des sous - unités a, c, d et e pouvait être le récepteur de notre toxine. Mon premier objectif de thèse a été de comprendre le mode d’action de PA1b, en identifiant d’abord la ou les sous-unités réceptrices de PA1b, puis en recherchant par quel mécanisme la liaison de PA1b induit la mort de l’insecte. Nous avons cloné chez le charançon tous les gènes du complexe Vo, puis j’ai complémenté des levures déficientes pour ces gènes. Ce travail, mais également celui réalisé en collaboration avec d’autres équipes, nous a permis de proposer un modèle de perception de PA1b qui implique les sous-unités c et e de la V-ATPase, et permet également de proposer des hypothèses pour les différentes résistances au peptide. Par des méthodes d’immunohistologie et de biochimie, j’ai ensuite montré de manière concordante que la liaison de PA1b à la V-ATPase déclenche un phénomène d’apoptose qui conduit à la mort cellulaire, puis à la mort de l’insecte. Le second objectif de ma thèse était la mise en place d’un système de production hétérologue de PA1b. Grâce à l’expression hétérologue par infiltration de feuille de tabac (Nicotiana benthamiana) nous avons mis en place une technique de production efficace de la protéine PA1b. Après avoir déterminé les parties du gène codant PA1b nécessaires à la production de la protéine fonctionnelle, le système de production a ensuite été simplifié par la construction d’une cassette d’expression. Ainsi six isoformes de PA1b présents chez le pois, dont l’activité individuelle restait inconnue, ont été produits et testés, permettant de montrer que le caractère amphiphile de PA1b était primordial pour son activité. Par cette technique nous avons mis en place un système de production rapide et efficace permettant de tester la toxicité de nombreux isoformes de PA1b. Ce travail sera une aide précieuse pour le projet, dont l’un des objectifs majeurs est l’optimisation de PA1b, c’est-à-dire de déterminer la séquence peptidique la plus toxique. / In a context where chemical pesticides are increasingly criticized, new crops protection strategies that do not affect agriculture efficiency and productivity, must be found. A new peptide extracted from pea (Pisum sativum) seeds, named PA1b (Pea albumin 1 subunit b), and showing an important insecticide activity, was discovered in our laboratory. PA1b induces 100% mortality in our insect model, the cereal weevil, Sitophilus sp. PA1b acts by interacting with a receptor, this interaction is present in sensitive weevil, but not present in resistant weevil. The PA1b receptor is the vacuolar H+ -ATPase (V-ATPase), a multi-subunit proton pump. The V-ATPase is composed of two functional protein complexes named V1 (in the cytoplasm) and V0 (in the membrane). As PA1b is known to act only in the extracellular space, thus only the V0 complex, composed on the subunits a, c, d and e, can be the toxin receptor. The first aim of this thesis is to understand the PA1b mode of action: (i) identifying the subunit(s) acting as the receptor(s), (ii) understanding how the binding mechanism of PA1b on the receptor lead to the insect death. The weevil V0 complex genes were cloned and we used them for a functional complementation tests in yeasts strains deleted for these genes. Our data, together with those obtained through collaboration, lead to the proposal of model for the PA1b perception signaling which would involve subunits c and e of the V-ATPase. The identification of the PA1b receptor allows us to propose a hypothetical model explaining resistance mechanism to the peptide. Using immunohistology and biochemistry methods, we showed that PA1b-receptor interaction induced cells death triggered by apoptosis thus leading to insect death. The second aim of this thesis was the development of a PA1b heterologous production system. Through Agrobacterium tumefaciens mediated transient transformation by infiltration in tobacco leaves (Nicotiana benthamiana) an efficient system for PA1b production was developed. After identification of the essential parts of the complex PA1 gene necessary for efficient PA1b production, we created an expression cassette to simplify our heterologous production system. We used the system to produce six pea PA1b-isoformes with unknown individual toxic activity. The isoforms toxicity was experimentally determined, and our data showed that the amphiphilic properties of PA1b are essential for the maintenance of its toxic activity. For the first time, we implemented a quick and efficient production system, which allows to produce and to test many naturals or synthetics PA1b isoforms. This work will be useful to achieve one of the most important objectives of the research on this molecule, that is the identification.