Le vieillissement de la peau est l'un des signes extérieurs du passage du temps. Avec l’âge, la peau devient plus sèche et se ride suite à la dégradation des macromolécules de la matrice extracellulaire par des enzymes cutanées telles que l’élastase, l’hyaluronidase et la collagénase. L’objectif de ce travail de thèse est de développer des tests enzymatiques miniaturisés en électrophorèse capillaire pour cribler des extraits de plantes et identifier de nouveaux bioactifs pour la cosmétique et le bienêtre de la peau. Ces essais ont été développés soit en dehors du capillaire (qui sert uniquement de milieu de séparation) ou dans le capillaire (qui sert alors de nanoréacteur enzymatique), puis optimisés pour permettre la détermination des constantes cinétiques (Km, Vmax et IC₅₀). La diffusion transversale des réactifs (TDLFP) a été appliquée pour mélanger les créneaux de réactifs injectés dans le capillaire. Des détecteurs tels que la fluorescence induite par laser ou la spectrométrie de masse à haute résolution ont été couplés à l’électrophorèse capillaire afin d’atteindre de fortes sensibilités de détection et la possibilité d’identifier les produits de la réaction enzymatique. Ces essais miniaturisés ont été appliqués à des algues extraites par électroporation ou à des plantes régionales extraites par des technologies vertes afin d’évaluer leur activité biologique vis-à-vis des enzymes de la peau. Les essais développés sont fiables, robustes et économes en réactifs. Enfin, l’utilisation d’une nouvelle technique d’analyse, la thermophorèse à micro-échelle, s’est montrée très utile et pleine d’espoir pour l’étude des interactions enzyme-effecteur. / Skin aging is one of the exterior/external signs of the passage of time. With age, the skin becomes drier and gets wrinkled due to the degradation of macromolecules of the extracellular matrix by skin enzymes such as elastase, hyaluronidase and collagenase. The aim of this thesis is to develop miniaturized enzymatic assays by capillary electrophoresis to screen plant extracts and identify new bioactives for cosmetics and skin wellbeing. These assays were developed either outside the capillary (which serves only as a separation tool) or in the capillary (which then serves as an enzymatic nanoreactor) then optimized to allow the determination of kinetic constants (Km, Vmax and IC₅₀). Tranvserse diffusion of laminar flow profiles (TDLFP) was applied to mix the reactants injected into the capillary. Detectors such as laser-induced fluorescence or high-resolution mass spectrometry have been coupled to capillary electrophoresis to achieve high sensitivities of detection and the possibility of identifying the products of the enzymatic reaction. These miniaturized assays were applied to algae extracted by electroporation or to regional plants extracted by green technologies in order to evaluate their biological activity towards skin enzymes. The assays developed are reliable, robust and economic in reactants consumption. Finally, the use of a new analytical technique, microscale thermophoresis, was shown to be very useful and hopeful for the study of enzyme-effector interactions.

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Pelargonium sp., appelé aussi « géranium » à odeur de rose ou « Géranium rosat » est l’une des plantes aromatiques et médicinales les plus cultivées au niveau international, essentiellement pour son huile essentielle (HE), utilisée par les industries des cosmétiques et de la parfumerie. Cette essence est extraite des feuilles par distillation vapeur et donne une HE riche de plusieurs centaines de molécules volatiles. Cette complexité est le résultat d’un long processus évolutif et de sélections variétales. Parmi ces composés volatils, les monoterpènes comme le géraniol, le citronellol et l’isomenthone, ou les sesquiterpènes comme le 10- γ-épi-eudesmol et le 6,9-guaiadiène, jouent un rôle prépondérant dans le parfum du Pelargonium. Les proportions relatives de ces différents composés sont d’ailleurs utilisées comme marqueurs de la qualité de l’HE et déterminent la typicité du parfum des différents cultivars et origines (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Égypte’ et P. cv. ‘rosat Grasse’). Malgré de très nombreux travaux portant sur la chimie de cette HE, il n’existe aucune information sur les voies de biosynthèse de ces molécules et aucun gène intervenant dans ces voies n’a été isolé. Durant cette thèse, nous avons cloné et caractérisé fonctionnellement par expression et purification des protéines recombinantes chez Escherichia coli des gènes codant les enzymes clés de ces voies de biosynthèse, les terpène synthases. Nous avons ainsi pu caractériser quatre terpène synthases, dont une géraniol synthase mono-produit. Nous avons isolé deux autres monoterpène synthases multi-produits, produisant pour l’une majoritairement du myrcène mais aussi trois autres monoterpènes, et pour l’autre majoritairement du 1,8-cinéole ainsi que 10 autres monoterpènes minoritaires. Enfin, une sesquiterpène multi-produit, la 10-γ-épi-eudesmol synthase, a été caractérisée. Nous avons ensuite analysé l’expression de la géraniol synthase et de la 10-γ-épi-eudesmol synthase dans différentes accessions de Pelargonium par RT-qPCR et nous avons montré la relation entre la capacité de production des différents composés volatils et le niveau d’expression dans les feuilles de ces deux terpène synthases. L’efficacité de la transformation génétique du Pelargonium par Agrobacterium tumefaciens étant élevée, des expériences de transgénèse ont aussi été réalisées afin de compléter la caractérisation fonctionnelle des gènes isolés. Dans une deuxième partie, nous avons réalisé l’analyse des essences produites par 64 espèces et cultivars de Pelargonium d’odeurs très diverses (citron, menthe, rose, abricot, pin, épices…). A l’aide d’analyses statistiques (ACP, analyse discriminante…), nous avons mis en évidence des relations entre la biochimie de ces cultivars, leurs odeurs et leurs proximités génétiques et cela afin de nous donner des pistes sur des croisements potentiellement intéressants. Enfin, un dernier chapitre est consacré à l’amélioration de la production d’HE en Égypte. Grâce à ce programme commencé il y a trois ans, nous améliorons chaque année la qualité et le rendement en HE de plus de 10 Ha de plantation de Pelargonium en Égypte. Un travail d’optimisation de la distillation ainsi que des améliorations des pratiques culturales, nous ont permis de produire une HE de qualité avec un rendement de plus de 60 kg.Ha-1 d’HE. D’autres expériences présentées dans ce chapitre soulignent l’influence de l’environnement et notamment de la température sur le ratio entre le citronellol et le géraniol ainsi que sur la biosynthèse de l’isomenthone, du 10-γ-épi-eudesmol et du 6,9-guaiadiène / Pelargonium sp, also named rose scented « geranium » or « Geranium rosat » is one of the the most cultivated aromatic and medicinal plant worldwide, especially for its essential oil (EO), which is used by cosmetic and perfumery industries. This essence is extracted from leaves by steam distillation and gives an EO containing several hundreds of organic volatile compounds (VOC). This complexity is the result of a long evolutive process and varietal selections. Among these VOC, the monoterpenes like geraniol, citronellol and isomenthone and the sesquiterpenes like 10-γ-epieudesmol and 6,9-guaiadiene, play an important role for the Pelargonium fragrance. The relative proportions of these compounds are used as EO quality markers and determine the different cultivars origins (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Egypt’ and P. cv. ‘rosat Grasse’). Despite the important researches on the chemistry of these EO, there is no information on the biosynthesis pathways for these molecules and no genes involved in the pathways have been isolated. During this PhD thesis, we have functionally characterized by recombinant proteins expression and purification in Escherichia coli, four genes, three monoterpene and one sesquiterpene synthases, coding for key enzymes in terpene biosynthesis pathway. The first enzyme is a mono-product geraniol synthase. The second enzyme is a multi-product enzyme with a major peak of myrcene and 3 minor peaks of other monoterpenes. The third enzymes is also a multi-product protein, producing 1,8-cineol as major product and 10 others monoterpenes. The last one is a multi-products sesquiterpene synthase producing mainly the 10-γ-epi-eudesmol and other sesquiterpenes. We have also analyzed the level of expression of the geraniol and 10 γ-epi-eudesmol synthases in several Pelargonium accessions by RT-qPCR and we have demonstrated the relationship between the level of expression of these two terpene synthases and the quantity of the related terpenes produced in leaves. Pelargonium transformation efficiency by Agrobacterium tumefaciens was tested in order to complete the functional characterization of the genes. In a second part, we have analyzed the essence of 64 species and cutivars of Pelargonium having very different fragrances like lemon, mint, rose, apricot, pine, spices… With different statistical tools (PCA, discriminant analysis…), we have highlighted the links between the biochemistry of these species and cultivars, their odors and their phylogenetic relationships. This worked gave us some interesting ideas for some new crossings. Finally, the last chapter concerns the EO production improvements in Egypt. Thanks to these researches, started 3 years ago, we are improving year after year our EO yield and quality in our 10 Ha R&D plantation. An important work was done to optimize the distillation process and improve the agricultural practices which abled us to reach a yield of 60 kg of EO per hectare. Some other experiments show the effect of the environmental factors such as the temperature on the biosynthesis of several important molecules like citronellol and geraniol, 6,9-guaiadiene and 10-γ-epi-eudesmol

Au sein des écosystèmes, les Composés Organiques Volatils (COVs) émis par les plantes jouent un rôle majeur dans les interactions trophiques. Ces signaux olfactifs vont renseigner les insectes phytophages sur la présence de leurs hôtes mais permettent aussi de recruter les ennemis naturels. Il a été montré que certains de ces composés pouvaient être utilisés pour manipuler le comportement des insectes phytophages s’attaquant aux cultures. La stratégie push-pull, vise à combiner des stimuli positifs et négatifs pour un insecte ravageur afin de le repousser d’une culture tout en l’attirant sur une plante piège implantée en périphérie du champ où il pourra être contrôlé. L’objectif de cette thèse est d’améliorer notre compréhension et nos connaissances sur la manipulation de la communication chimique entre les plantes et les insectes phytophages à l’aide de COVs de synthèse et de préférence d’hôte afin de mettre en place sur le terrain une stratégie de type push-pull pour protéger une culture de la mouche du chou (Delia radicum). Dans un premier chapitre, nous montrons que dans un système push-pull composé (i) de diffuseur de diméthyldisulfure DMDS (composante push) et (ii) d’une bordure de choux chinois supplémenté avec de l’acétate d’hexenyl (Z-3-HAC) (composante pull), il est possible de modifier fortement le comportement d’oviposition de D. radicum sans impacter de façon négative ses principaux ennemis naturels. Les limites agronomiques et d’utilisation du DMDS atteintes, nous avons recherché d’autres COVs ayant un effet répulsif. Lors d’une seconde expérimentation en push-pull, l’eucalyptol (1-8 cinéol) à permis de réduire le nombre de pupes de D. radicum retrouvées aux pieds des plants de brocoli de 60%. Suite à ce résultat encourageant, nous avons qualifié au laboratoire l’effet inhibiteur de ce monoterpène sur l’oviposition de la mouche du chou et en avons conclu qu’il permet de masquer le bouquet de COVs attractif d’un hôte. L’efficacité de la composante push étant fortement liée à la diffusion des COVs, nous avons ensuite testé au laboratoire et sur le terrain un nouveau type de diffuseur à base de cires végétales, permettant d’émettre l’eucalyptol de manière passive mais régulière pendant plusieurs semaines. L’étude réalisée montre le fort potentiel du diffuseur qui est à la fois bon marché, facile d’utilisation et fiable en terme de diffusion, permettant ainsi d’envisager son utilisation dans des stratégies de lutte intégrée à grande échelle. Parallèlement à l’étude de la composante push, nous avons cherché à améliorer l’efficacité de la composante pull. Le chou chinois (Brassica rapa) permet grâce à sa forte attractivité de capter et détourner la pression de phytophagie de la culture d’intérêt. Nous montrons qu’au sein de sa grande diversité, certaines variétés comme Richi (appartenant à la sous espèce pekinensis) sont préférentiellement attaqué par la mouche du chou, ce qui en fait de bons candidats au développement d’une composante pull efficace. A la lumière de la bibliographie et de nos résultats, nous proposons une réflexion générale sur le système étudié. Ainsi, nous concluons que, au moins dans le cas de la mouche du chou, les COVs ne peuvent probablement pas être les seuls outils considérés dans le développement d’une stratégie push-pull. / Within ecosystems, Volatile Organic Compounds (VOCs) emitted by plants play a major role in trophic interactions. These olfactive signals will inform phytophagous insects about the presence of their hosts, but they also allow to recruit their natural enemies. It has been shown that some of these compounds could be used to manipulate the behaviour of insect crop pests. The push-pull strategy aims at combining positive and negative stimuli to push a pest out of a crop and lure it into a trap crop located in the periphery of the field, where it can be controlled. The objective of this thesis is to improve our understanding and our knowledge on the manipulation of chemical communication between plants and phytophagous insects, using synthetic VOCs and host preference as tools, to protect a crop against the cabbage root fly (Delia radicum). In a first chapter, we show that in a push-pull made of (i) DMDS dispensers as a push component and (ii) chinese cabbage strips supplemented with hexényl acetate (Z-3-HAC) as a pull component, it is possible to strongly reduce oviposition behaviour in D. radicum without impacting its natural enemies. Agronomic limits to the use of DMDS led us to search for other repulsive VOCs. In a second push-pull field experiment, using eucalyptol (1-8 cinéol), reduced by 60% the number of D. radicum pupae produced in the crop. This encouraging result led us to characterize the inhibition effect of this monoterpene in the lab and concluded that it allows to mask the attractive blend of VOCs released by the host. The efficiency of the push component being strongly linked to that of the VOC diffusion, we have then tested both in the laboratory and in the field a new kind of dispenser made of vegetal waxes, allowing to diffuse eucalyptol passively but regularly during several weeks. This study shows the good potential of this device, which is affordable, easy to use and reliable in terms of diffusion, in integrated pest management strategies at a large scale. In parallel of our studies on the push component, we have also sought to increase the efficiency of the pull component. Thanks to its strong attractivity toward D. radicum, Chinese cabbage (Brassica rapa), allows to divert pest pressure from the cash crop. We show that within its important genetic diversity, some cultivars such as Richi (of the pekinensis subspecies) are preferentially attacked by D. radicum, which makes them good candidates to develop an efficient pull component. Using both the literature and our own results, we finally propose a general discussion on the system studied. We conclude that, at least in the case of the cabbage root fly, VOCs are probably not the sole tools to consider when trying to develop a push-pull strategy.

Depuis la révolution industrielle en Europe (XIXe siècle), les nombreuses activités anthropiques ont provoqué des changements environnementaux globaux considérables. La composition de l'atmosphère terrestre en particulier, a été fortement modifiée par l'émission de polluants gazeux et particulaires. Actuellement, l'industrie métallurgique de seconde fusion contribue de façon significative aux émissions atmosphériques de métaux. C'est pourquoi ce travail de thèse s'est focalisé sur l'étude des transferts et impacts sur les sols, les végétaux et l'homme, des particules émises par le procédé de recyclage du plomb en relation avec leurs propriétés physico-chimiques. Trois sources principales d'émissions de particules ont été identifiées dans le procédé du recyclage du plomb et caractérisées en vue d'étudier les impacts potentiels sur les cibles végétales et humaines. Les particules échantillonnées (postes de travail et émissions canalisées) et ségréguées en fonction de leur taille (PMtot, PM10 et PM2,5) sont principalement composées de métaux (jusqu'à 50% en masse de la composition totale en métaux de transition, alcalins et alcalino-terreux), avec une majeur partie de plomb (25-45 %). Les spéciations majoritaires du plomb sont la galène (PbS), le sulfate du plomb (PbSO4) ou dérivés (xPbO.PbSO4 x=1,2 ou 3). L'étude du transfert des particules dans le sytème sol-plante a montré que, lorsque la taille des particules de process présentes dans le sol diminue (de 10µm à 2.5µm), le tranfert du plomb vers les parties aériennes des salades augmente de 20%. Le transfert foliaire de plomb issu des particules de process a été mis en évidence et des mécanismes d'absorption.ont été proposés. Enfin, l'étude exploratoire des particules riches en plomb sur la santé humaine a permis de montrer que la diminition de la taille des particules ingérées augmentait la bioaccessibilité gastrique du plomb. Dans le cas de l'inhalation, il a été démontré que les particules n'induisaient pas de cytotoxicité jusqu'à 50µg/cm2, mais provoquaient une réponse inflammatoire dose-dépendante des cellules épithéliales pulmonaires. / Since the Industrial Revolution in Europe (XIXe century), human activities have caused significant global environmental changes. The composition of the atmosphere in particular, has been extensively modified by the emission of gaseous and particulate pollutants. Currently, the secondary (or recycling) metallurgical industry contributes significantly to air emissions of metals. Therefore, this thesis focused on the study of transfers and impacts on soils, plants and humans, of particles from the recycling process of lead in relation to their physicochemical properties. Three main sources of particulate emissions have been identified in the process of recycling lead and characterized, to study the potential impacts on plant and human targets. The particles sampled (workstations and channelled emissions), and segregated according to their size (PMtot, PM10 and PM2, 5), are mainly composed of metals (up to 50% by weight of the total composition in transition metals alkaline and alkaline), with a major part of lead (25-45%). The major speciations of lead are galena (PbS), lead sulfate (PbSO4) or derivatives (xPbO.PbSO4 x = 1,2 or 3). The study of transfer of particles in the soil-plant system has shown that when the particle size of processes in the soil decreases (from 2.5µm to 10µm), the transfer of lead into the aerial parts of lettuce growing at 20 %. The uptake of lead from particles process by leaves has been demonstrated and mechanisms of absorption have been proposed. Finally, exploratory study of lead-rich particles on human health has shown that diminution of the size of particles ingested increased gastric bioaccessibility of lead. In the case of inhalation, it was shown that the particles did not induce cytotoxicity up 50µg/cm2, but caused a dose-dependent inflammatory response of lung epithelial cells

La vigne est une culture pérenne sensible à de nombreux bioagresseurs et sur laquelle il est nécessaire de réaliser de nombreux traitements pesticides, susceptibles de causer des problèmes environnementaux, de santé humaine et d’apparition de résistance au sein des populations de bioagresseurs. Aujourd’hui, il est indispensable de développer des stratégies nouvelles de lutte contre les bioagresseurs, plus raisonnées mais permettant de conserver une viticulture compétitive. L’utilisation de produits de biocontrôle semble, en ce sens, être une approche prometteuse permettant d’allier agriculture durable et intensive.Deux écoproduits généralistes à fort potentiel ont été identifiés, comme possédant des actions intéressantes sur les principales maladies cryptogamiques de la vigne. Le premier est un extrait naturel de plante, sans action fongicide directe mais capable de stimuler efficacement et de façon systémique les défenses de la plante. Le second, quant à lui, est un microorganisme qui possède une forte action antagoniste fongicide, mais aussi la capacité à stimuler les défenses de plante. Dans un premier temps, des études en conditions contrôlées ont mis en évidence l’efficacité des deux actifs pour inhiber le développement de diverses souches d’Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea et Botryosphaeriaceae. En parallèle, des expérimentations au vignoble, ont confirmé le fort potentiel de ces produits de biocontrôle, avec des bonnes efficacités, particulièrement stable avec l’extrait naturel. Ces différentes études nous ont permis d’identifier et d’élaborer des stratégies d’utilisation pour ces deux produits de biocontrôle. / Grapevine is a perennial crop sensitive to many fungal pathogens that require numerous pesticide treatments. However, its uses lead to environmental, human health and fungicide resistance problems. Developing sustainable pest management strategies while keeping a good wine quality is of major importance. In this sense, the use of bio-pesticides products seems to be a promising approach to combine sustainable and intensive agriculture.Two generalist bio-pesticides of great potential have been preliminary identified, forits actions on major fungal diseases of grapevine. The first one is a natural plant extract, with no direct fungicide action but able to systemically stimulate plant defenses. The second one is a microorganism showing strong antagonist fungicide actions, and important ability to stimulate plant defenses. First, the studies conducted in controlled conditions have demonstrated the effectiveness of both products in the suppression of various isolates of Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea and Botryosphaeriaceae. In parallel,the good efficiencies of these products have been confirmed during vineyard assays. This was especially well demonstrated for the natural extract. As a whole, these studies confirm thepotential of these two products as promising bio-pesticides, of which the strategy of application have been further defined.

L’agroécologie offre de nouvelles perspectives à l’agriculture et ainsi une voie vers une gestion alternative des adventices à travers différents mécanismes écosystémiques de régulation. La prédation des graines est l’un d’entre eux et son étude fait depuis peu l’objet de recherches visant à approfondir les connaissances relatives à ce processus. Ce travail de thèse cherche (i) à caractériser la prédation des graines d’adventices, les principaux prédateurs Carabidæ et la ressource en graines disponible à l’échelle locale dans une culture courante (blé d’hiver); (ii) à étudier précisément les profils de prédation des principaux prédateurs et les interactions entre les composantes biologiques impliquées; (iii) à introduire des éléments de réponse relatifs au potentiel de régulation des communautés d’adventices via la prédation des graines par les Carabidæ. Des approches complémentaires ont été utilisées afin de répondre à ces problématiques : un suivi à long terme de terrain, des tests de préférences en laboratoire, une simulation des taux de prédation à long terme à partir des données ponctuelles ainsi qu’une étude à grande échelle des prédateurs et du stock de graines.L’étude des variations spatio-temporelles de la prédation via un dispositif de terrain durant la période d’activité des prédateurs a mis en évidence trois pics de prédation dont un seul correspond au pic de prédateurs (avant la moisson). La ressource en graines disponible au sol est quant à elle présente majoritairement lors du premier et du dernier pic de prédation, et aucune augmentation de ressource n’a été observée après moisson. Ces dynamiques semblent stables, restant valables indépendamment de l’échelle spatiale (intra ou interchamp) et des espèces carabiques et adventices étudiées.Toutes les espèces adventices ne font pas l’objet de la même intensité de prédation, et de manière générale, les graines de petites tailles ont été préférentiellement prédatées, au champ comme en test de cafétéria au laboratoire. Cependant, les espèces carabiques semblent avoir des profils de prédation différents entre guildes trophiques, ainsi qu’au sein d’une même guilde. De ce fait, la prise en compte des préférences de consommation dans l’étude des relations prédation-prédateurs tout comme la combinaison des données prédateurs et graines disponibles permet parfois d’améliorer les corrélations, notamment pour les espèces les plus prédatées.Une simulation de la prédation annuelle suggère des pertes en graines dues à la prédation non négligeables, pouvant atteindre pour l’espèce la plus prédatée, ici Viola arvensis, jusqu’à près de 80% des graines disponibles. En parallèle, une étude à grande échelle de l’évolution du stock de graines montre une corrélation négative entre prédateurs et évolution de la banque de graines, suggérant une régulation de la banque de graines via les prédateurs carabiques.L’ensemble de ces résultats suggère que prendre en compte la diversité fonctionnelle des communautés de prédateurs et d’adventices est un point important dans la compréhension de la prédation compte tenu des préférences de consommation des prédateurs et des dynamiques temporelles des différents acteurs. / Agroecology gives evidence of new perspectives in agriculture, and open doors for alternative weed management approaches through different regulation mechanisms. Seed predation is one of them, and the interest is growing to deepen knowledge, relative to this process. This Phd work aims (i) to describe weed seed predation, the dominant carabid predators and the available resource at a local scale in a common crop (winter wheat); (ii) to study predation profiles of main predators, and the pair-wise correlations between the biological components of the system; (iii) to bring new insights regarding potential regulation of weed communities, through seed predation by carabid beetles. Complementary approaches have been used to tackle these aspects: a long-term field study, some cafeteria tests, a simulation of annual predation rates from point-to-point estimates, as well as a large-scale field study of predators and seed resource. Study of spatio-temporal variations of predation, via field experiment during the main activity period of carabids, has shown a three-peak pattern, one of them corresponding to predators’ peak, just before harvest. Weed resource available on soil surface is high in the first and last peaks of predation, and no increase of resource has been observed after harvest. These dynamics are independent of the spatial scale (intra or inter-field) and carabid species. The different weed species do not show the same levels of predation, and, as a whole, small-seeded species are more eaten, in both lab and field conditions. However, carabids have different preferences among trophic guilds, but also within a same guild. Therefore, in order to study predation, it is essential to combine predators and seed data, as well as considering preferences of predators. A simulation of annual seed predation shows important rates of seed loss, reaching up to 80% for the most predated species, V.arvensis. A large scale study of seed bank shows a negative correlation between predators’ activity density and seed bank change, assuming that there is a seed bank regulation by carabid predators. All together, these results show that functional diversity of predators’ and weeds’ communities is a key factor in understanding predation.

Mettre en place des stratégies de lutte contre les ravageurs, indépendantes des produits chimiques est un objectif fondamental pour une protection durable des cultures contre les ravageurs et la conservation d’un environnement sain pour les populations humaines en zone rurale. L’objectif principal de ce travail était de contribuer à la mise en place d’une lutte biologique par gestion des habitats à l’échelle du paysage de la noctuelle polyphage Helicoverpa armigera, principal ravageur de cotonnier dans le nord Bénin. Cette thèse visait à analyser l’influence des pratiques agricoles et de l’organisation du paysage sur l’abondance et l’origine trophique de H. armigera. L’analyse biochimique d’individus élevés en laboratoire, nous a permis de confirmer le fait que le gossypol est un bon marqueur pour identifier les adultes qui ont passé leur vie larvaire sur le cotonnier. Au contraire de la tomatine qui ne peut être considérée comme un marqueur de la tomate car la tomatine a été détectée seulement chez les larves d’H. armigera et non chez les adultes. Notre étude sur le terrain au nord Bénin dans 40 parcelles, a montré que les pratiques agricoles avaient un fort effet sur l’infestation larvaire. La date de semis et la fréquence de sarclage étaient négativement corrélées à l’infestation larvaire. La proportion de cotonniers dans le paysage et celle de tomate ont influencé positivement l’infestation en larves d’H. armigera. Nous avons également montré qu’un précédent cultural tomate présentait une abondance larvaire en moyenne trois fois supérieur à un précédent cultural maïs. Ensuite, dans des rayons de 100 m, 250 m et 500 m, nous avons étudié les effets de la composition et de l’hétérogénéité du paysage d’une part sur l’abondance des adultes d’H. armigera et d’autre part sur leur origine trophique. L’hétérogénéité du paysage en plantes hôtes est le facteur paysager principal qui a influencé positivement l’abondance des adultes. Les isotopes stables de Carbone nous ont permis d’identifier les individus dont la larve s’était nourrie sur des plantes de type photosynthétique C3 (cotonniers, tomates, ...) ou C4 (maïs, sorgho, …). L’origine trophique, plantes hôtes C3 ou C4, est reliée positivement à la proportion de plantes hôtes respectivement C3 ou C4 dans un rayon de 500m. Seulement 10% des individus ayant consommés des plantes en C3 ont été détecté positif au gossypol. La proportion de cotonniers dans le paysage ne semble pas expliquer la proportion d’individus détectés positif au gossypol. Nous formulons des propositions de gestion de l’assolement et des rotations culturales pour contribuer à la régulation d’H. armigera. Ainsi, il faudrait éviter que le cotonnier soit semé sur un précédent cultural tomate. Il serait important de décaler les dates de semis entre les parcelles de cotonniers voisines et de respecter la fréquence de sarclage minimale qui est de trois. Par ailleurs, il serait judicieux de préférer un environnement paysager homogène autour d’une parcelle de cotonnier, en privilégiant par exemple, le maïs. / The development of strategies independent of pesticides is a fundamental objective for sustainable crop protection against pests as well as for maintaining of a healthy environment for human populations. The rationale of the research presented here was to improve our ability to control the cotton bollworm, Helicoverpa armigera by non-pesticide methods via habitat conservation. We analyzed the influence of agricultural practices and landscape composition and diversity on the abundance and trophic origin of H. armigera and assessed gossypol and tomatine in individual H. armigera as cotton and tomato biomarkers respectively. Gossypol was shown to be a stable cotton biomarker, even in adult H. armigera 12 days after emergence. In contrast, tomatine was only detected in larvae of H. armigera and not adults; thereby tomatine can not be considered as a marker of tomato plants. Subsequently, in north Benin, the abundance of H. armigera larvae and adults was monitored in cotton fields. We found a strong effect of agricultural practices on H. armigera larvae abundance. Delay sowing date and increase frequency of weeding reduced the abundance of H. armigera in cotton fields; whereas the proportion of cotton and tomato in the landscape increased. This study also highlights the role of the previous landcover in the infestation of a cotton field: A previous tomato landcover increased infestation three times more than a previous maize landcover. At nested scales ranging from 100 m, 250 m to 500 m, we studied the effects of landscape composition and diversity firstly on the abundance of adult H. armigera and secondly on their trophic origin. We found that, landscape diversity was the main factor that influenced both the abundance adult and their trophic origin at 500 m scale. Analyses of stables isotopes of Carbone showed that proportion of hosts plants with C3 photosynthetic pathway in the landscape was positively related to H. armigera moths with C3 trophic origin signal at 500 m scale. Only 10% of moths were positive to gossypol signal. The proportion of cotton in the landscape seems not important to explain the trophic origin of individual which were positive to gossypol signal. Therefore, for integrated management of H. armigera our results suggest it is necessary to consider the following agricultural practices and crop diversity regimes (in regard to the resource use strategies of this polyphagous pest). A tomato previous landcover should be avoid; shift sowing date between cotton fields, and have at less three manual weedings. In additional, we suggest employing maize around cotton fields rather than other crops.

Les recherches menées au cours des dernières années ont permis de mettre en évidence les nombreuses fonctions écologiques des composés organiques volatils (COVs) émis par les plantes. Cette thèse a eu pour objectif d'utiliser ces connaissances dans un cadre de protection des cultures. Nous avons essayé de poser les bases d'une stratégie de type « Push-Pull » contre la mouche du chou (Delia radicum) en utilisant des sources d'odeurs synthétiques (diffuseurs de COVs) ou des sources d'odeurs naturelles (plantes compagnes). A partir d'observations menées en plein champ nous avons sélectionné plusieurs brassicacées présentant des taux d'infestations contrastés vis-à-vis de la mouche du chou. Des expérimentations de laboratoires combinant des études comportementales et des analyses chromatographiques ont permis (i) d'établir un lien entre l'infestation et l'attractivité de certaines plantes (ii) d'identifier de nouveaux COVs potentiellement impliqués dans les prises de décisions comportementales de D. radicum. En parallèle, des études de terrain ont permis de tester l'efficacité de diffuseurs de COVs synthétiques au sein de parcelles expérimentales, que ce soit (i) pour favoriser le recrutement d'ennemis naturels (ii) attirer (composante « Pull ») ou repousser (composante « Push ») la mouche du chou. Enfin, l'utilisation de plantes pièges concentrant le ravageur semble être intéressante pour modifier la répartition de la mouche du chou à l'échelle de la parcelle en vue de protéger des cultures d'intérêt telles que le brocoli. / Volatile organic compounds (VOCs) emitted by plants are used by phytophagous, predatory and parasitoid insects to adjust behavioral decisions in complex environments. We aimed at using these ecological functions of VOCs in crop protection. We developed the first steps of a "Push-Pull" strategy toward the cabbage root fly (Delia radicum) with both dispensers of synthetic VOCs and natural blends of VOCs released by plants. We conducted a field study to select brassicaceous plants exhibiting contrasted levels of infestation toward the cabbage root fly. Laboratory bioassays combining behavioral observations and gas chromatographic analyses allowed to (i) investigate the relation between plant infestation and plant attractiveness (ii) identify novel VOCs involved in behavioral decisions of the cabbage root fly. Parallel field experiments were used to test the potential of dispensers of synthetic VOCs to (i) enhance natural enemies recruitment (ii) modify cabbage root fly behavior, attracting ("Pull" component) or repelling the pest ("Push" component). Finally, we demonstrated that attractive plants are promising for a trap crop approach enabling to redistribute cabbage root fly density at the field scale in order to protect main crop such as broccoli.

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche. / Agronomic practices modify crop architecture in ways that may facilitate or hamper disease development. The processes involved are complex and mechanistic models simulating plant-pathogen interaction should help clarifying them. Virtual Plants, i.e. models in which the three-dimensional structure of the plant is explicitly described, appear specially promising to express the effects of the plant architecture on the epidemic development. The objective of this study is to examine the ability to simulate the effect of plant architecture on disease development using a Virtual Plant model.The work focuses on the pathosystem wheat-Septoria tritici, in which architecture plays an important role because spores of Septoria are propagated from infected leaves to upper healthy leaves by rain splash. We build on a pre-existing model of Septoria epidemics, Septo3D. Wheat architecture was examined for a range of sowing date and density treatments. Differences of phyllochron between treatments were in a range sufficient to likely modify epidemic development; they were well represented by a descriptive model depending on photoperiod and final leaf number. A detailed description of architectural variables at the organ and canopy scale provided an original and comprehensive documentation of the plastic response of wheat, which was used for parameterising the wheat description in Septo3D. Overall, the investigated treatments resulted in strong differences in the time course of vegetation density. Septoria dynamics were monitored in a subset of three treatments of contrasted densities. Simulated disease kinetics were consistent with field measurements. Although, the approach needs further validation, results support that virtual plant modelling provides new insights into the processes and plant traits that impact epidemics. We conclude with prospects for further improvements and applications.