La gélatine est un biopolymère naturel obtenu après dénaturation et hydrolyse partielle de fibres de collagène, une protéine fibrillaire présente dans les tissus conjonctifs de toutes les espèces du règne animal. Elle est utilisée dans différentes industries, parmi lesquelles l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique, photographique et cosmétique. Ses propriétés fonctionnelles dépendent du procédé de fabrication, mais également de l’origine des matières collagéniques. L’objectif de ce travail de thèse est la caractérisation de la matière première (couennes de porc), mais également de la gélatine obtenue lors du processus, par une méthode rapide et non destructive. L’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge couplée à des méthodes chimiométriques, a permis de travailler à l’échelle du laboratoire, mais également sur la chaîne de production industrielle. Le premier chapitre porte sur l’étude de l’hétérogénéité des couennes de porc au laboratoire, en termes de teneur en protéines, matières grasses, matières sèches et collagène. Plusieurs modèles ont pu être développés pour prédire ces teneurs, à partir de spectres proche infrarouge collectés sur des couennes en mouvement. Les meilleurs modèles présentent des performances compatibles avec une utilisation dans l’usine. Le second chapitre adapte cette méthode à l’échelle industrielle, c’est-à-dire à partir du rendement en gélatine fabriquée pour un lot de 75t de couennes. L’approche prédictive ne s’est pas avérée concluante, cependant des approches de classification ont montré leur intérêt. Les deux essais suivants ont porté sur la gélatine. Le troisième chapitre porte sur le développement de modèles de prédiction des propriétés physico-chimiques d’échantillons de gélatine à partir de spectres proche infrarouge, mettant en évidence de hautes capacités de prédiction de ces paramètres (r²>0,9). Enfin, ce chapitre propose de relier les caractéristiques moléculaires de la gélatine à ses propriétés physico-chimiques, par la technique de Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation couplée à un détecteur de diffusion de la lumière Multiangulaire (MALS). Les paramètres de caractérisation de l’AFlFFF-MALS permettent de discriminer partiellement des échantillons de gélatine dont les paramètres de bloom et de viscosité sont différents. / Gelatin is a natural biopolymer obtained after denaturation and partial hydrolysis of collagen fibers, a fibrillar protein present in the connective tissues of all species of the animal kingdom. It is used in various industries, including the agri-food, pharmaceutical, photographic and cosmetic industries. Its functional properties depend on the manufacturing process, but also on the origin of the collagenous materials. The objective of this thesis is to characterize the raw material (pig rind), but also the gelatin obtained during the process, by a fast and non-destructive tool. The use of near-infrared spectroscopy coupled with chemometric methods allowed us to work on the scale of the laboratory but also on the industrial chain. The first study examines the heterogeneity of pig rinds, under laboratory conditions, in terms of protein, fat, moisture and collagen contents. Several models have been developed to predict these levels, from near infrared spectra collected on moving rinds. The best models have good performances. In the second industrial scale trial, an approach to gelatin yield from 75 tons batches was proposed. The predictive approach has not been conclusive; however, classification approaches have shown interesting results. The next two tests were on gelatin. The third test allowed the development of models for predicting the physicochemical properties of gelatin samples from near-infrared spectra, demonstrating very good predictive capabilities of these parameters (r²> 0.9). Finally, a final test allowed to link the molecular characteristics of the gelatin to its physicochemical properties, by the technique of Asymmetrical Field-Flow Fractionation coupled with a Multiangular Light Scattering Detector (MALS). The characterization parameters of AFlFFF-MALS make it possible to partially discriminate gelatin samples with different bloom and viscosity parameters.

Résumé: Lauthentification est un concept large dans lequel il sagit de pouvoir contrôler ladéquation entre le produit et les informations indiquées sur létiquette. Les techniques utilisant la spectrométrie dans le proche infrarouge dune part, et celles basées sur la PCR dautre part, permettent daborder lauthentification des produits alimentaires sous des angles totalement différents. Loriginalité de ce travail était de les associer pour résoudre deux problèmes précis : 1. lauthentification des poulets de chair à croissance lente utilisés dans des productions de qualité différenciée soumises à des cahiers des charges contraignants ; 2. la détection des farines animales dans lalimentation pour le bétail. Nos travaux sur les poulets de chair nous ont permis de développer des modèles de discrimination reposant sur les spectres dans le proche infrarouge de la viande de poulet. Ils distinguent, pour plus de 80 % des individus, les poulets issus de souches à croissance lente de ceux issus de souches à croissance rapide. Les résultats dune expérimentation animale ont également démontré que la spectrométrie dans le proche infrarouge était capable de mettre évidence des fraudes au niveau de lalimentation des animaux. Deux marqueurs moléculaires spécifiques du type de souche de poulets ont été mis en évidence et caractérisés. Pour le marqueur moléculaire caractéristique des poulets à croissance rapide, un test rapide utilisable en routine a été développé. Dans le cas de la détection des farines animales dans lalimentation du bétail, une méthode de PCR en temps réel sensible et spécifique a été mise au point participant avec succès à des études inter-laboratoires internationales. Associée dans une stratégie originale à la MPIR (microscopie dans le proche infrarouge), elle permet la détection spécifique de particules de farines de viande et dos. Summary: Authentication is a large concept focussing on the control of the correspondance between the product and the information provided on the label. Techniques based on near infrared spectroscopy on the one hand, and those based on PCR on the other hand, allow to tackle the authentication of food and feed products by different sides. The originality of this work was to associate both techniques to solve two specific problems : 1. authentication of slow growing chickens bred in high quality productions according to restricting specifications ; 2. the detection of meat and bone meals in feedingstuffs. The work on the chicken allowed us to develop discriminant models using the near infrared spectra of chicken meat. These models discriminate the chicken from slow- vs. fast-growing chicken for more than 80 % of the animals. The results of an animal experimentation also showed that near infrared spectroscopy was able to detect feeding frauds. Two molecular markers specific of the type of chicken strains were found and characterised. For the one related to the fast-growing chicken strains, a rapid assay applicable in routine testing was conceived. In the case of the meat and bone meal detection in feedingstuffs, a specific and sensitive real time PCR method was developed. It participated succesfully to international inter-laboratory studies. Its combination with NIRM (near infrared microscopy) through an original strategy allows the specific detection of meat and bone meal particles.

Les industries de fabrication de matériaux plats sont utilisatrices de systèmes de mesure en ligne qui permettent de contrôler certaines caractéristiques. Les films plastiques constitués de plusieurs couches sont particulièrement employés pour le conditionnement des aliments grâce à leurs propriétés d'étanchéité. Une mesure spécifique de l'épaisseur des couches barrières est de grand intérêt. Les techniques actuelles de contrôle ne peuvent pas les discriminer. L'objectif est donc de développer un capteur spectroscopique infrarouge capable de mesurer une ou plusieurs couches par adaptation de modèles chimiométriques.<br />Le proche infrarouge permet l'analyse d'une plus large gamme d'épaisseur par rapport à l'infrarouge moyen, mais exalte les interférences optiques à cause des faibles absorbances. Ce problème est traité mathématiquement par la transformée de Fourier rapide et les ondelettes. Une méthode instrumentale basée sur la polarisation de la lumière à angle de Brewster s'avère être la plus efficace.<br />Des modèles prédictifs performants ont été développés par la méthode PLS pour les films monocouches. L'étude des films multicouches a nécessité la recherche d'une méthode de référence, aucune n'étant admise actuellement. Différentes techniques comme la microscopie électronique à balayage ou l'ellipsométrie spectroscopique ont été testées. Finalement, la superposition d'échantillons monocouches d'épaisseur connue a fourni de meilleurs résultats. Ceux-ci ont été confirmés par réflectométrique optique à faible cohérence. L'analyse quantitative des films plastiques est donc possible par spectroscopie proche infrarouge couplée à la chimiométrie.

La digestion anaérobie est un moyen de traitement des déchets solides produisant de l'énergie sous forme de biogaz (méthane et dioxyde de carbone). L'optimisation de la production de méthane passe par une sélection des déchets à fort potentiel méthane. Actuellement, la mesure du potentiel méthane est réalisée par le test BMP (Biochemical Methane Potential), qui repose sur une fermentation pouvant durer plus de 30 jours, ce qui est trop long pour une installation industrielle. Une méthode rapide de détermination du potentiel méthane est donc nécessaire. Le BMP est lié uniquement à la quantité et à la qualité de la matière organique. Cette méthode doit donc réaliser une analyse globale et rapide de la matière organique. L'objectif de la thèse a été d'identifier et d'étudier une méthode rapide d'analyse de la matière organique de déchets solides permettent de prédire le potentiel méthane. Suite au travail bibliographique, la spectroscopie proche infrarouge s'est révélée la méthode la plus appropriée: analyse globale et rapide, non destructive, préparation d'échantillon réduite, possibilité d'utiliser des fibres optiques pour déporter la mesure. Nous avons ensuite étudié des étalonnages pour prédire le potentiel méthane d'un ensemble homogène de 74 déchets. Un coefficient de corrélation de 0,76 et un écart standard de prédiction (RMSEP) de 28 ml CH4.g-1 MV ont été obtenus. Ensuite, les coefficients du modèle ont été analysés par rapport aux molécules présentes et rapprochés des variables sélectionnées par algorithme génétique afin de valider ce modèle d'un point de vue chimique. Enfin, la robustesse de ce modèle vis à vis de l'origine des échantillons et de l'humidité a été testée. Les résultats montrent clairement le fort potentiel de la spectroscopie proche infrarouge pour la prédiction du potentiel méthane. Pour une utilisation industrielle, il ressort qu'une attention particulière doit être portée sur l'ensemble d'étalonnage, qui doit être le plus exhaustif possible. / Anaerobic digestion is a solution to process solid waste, while producing energy by biogas production (methane and carbon dioxide). Methane production could be optimized by selecting only wastes with high methane potential. Currently, the BMP (Biochemical Methane Potential) test is conducted to predict the methane potential. This test is based on a fermentation process. It is time consuming, sometimes, lasting over 30 days, which is too long from an industrial point of view. A rapid method for determining the methane potential is therefore urgently needed. The BMP value depends only on the quantity and the quality of the organic matter, so a method capable of determining the quality and quantity of organic matter is searched for. The objective of this thesis was to identify and study such a method. First, a bibliographic study led us to chose the near infrared (NIR) spectroscopy method: fast and global analysis of the organic matter, non-destructive method, few or no sample preparation, and remote monitoring by use of fiber optics. Second, a calibration for predicting the BMP of and homogenous sample set has been built based on a 74-waste sample set. A correlation coefficient of R² = 0,76 and a standard error of prediction (RMSEP = 28 ml CH4.g-1 VS). Then, the regression coefficients (called b coefficients) were analysed with regard to the molecules in the waste and were compared to the variables selected from the spectrum, in order to validate the model from a chemical point of view. Finally, the robustness of the model, regarding the waste origins and the moisture was tested with heterogeneous samples set. Results show the potential of the near infrared spectroscopy to predict the methane potential quickly, but attention must be paid on the calibration data set when an industrial implementation is dealt with..

Les naines brunes sont des astres incapables de déclencher et soutenir des réactions nucléaires dans leur cœur. En l’absence de cette source d’énergie, leur luminosité diminue avec le temps jusqu’à leur extinction complète. Leur flux aux longueurs d’onde de 0,8 à 2,35 μm est particulièrement altéré par l’humidité contenue dans l’atmosphère terrestre, ce qui complique l’étude de ces astres. Le but de la présente recherche est de vérifier si la division par un spectre d’étoile A0 est un moyen de corriger l’altération causée par l’atmosphère terrestre sur cette partie de leur spectre. Tout d’abord, des notions, pertinentes à la compréhension de ce travail, sont abordées. L’introduction présente quelques notions sur les naines brunes et sur l’atmosphère terrestre. Le deuxième chapitre concerne le traitement des données. Il traite de la calibration, de la mise en évidence du problème de non-répétabilité de la position de la fente du spectromètre SIMON ainsi que de ses causes. Il porte aussi sur l’uniformisation de la réponse des pixels et de la soustraction du ciel pour extraire les spectres. La méthode employée pour étudier l’effet de l’atmosphère terrestre sur les spectres de naines brunes y est présentée. Le troisième chapitre analyse les résultats obtenus par l’utilisation de l’étoile de référence de type A0 comme calibration pour corriger le spectre de naine brune, en assumant un même effet de l’atmosphère terrestre sur les deux types d’astres. Nous ne pouvons conclure, avec certitude, que l’absorption tellurique affecte de la même façon les deux spectres ni de quelle façon exactement ils sont affectés. Une recherche supplémentaire nécessitant de nouvelles prises de données à des masses d’air et à des taux d’humidité variés est requise. / Brown dwarfs are celestial bodies unable to sustain nuclear reactions. For this reason their luminosity declines until complete extinction. Their flux, particularly in the band between 0,8 and 2,35 μm, is absorbed by the water vapor in the terrestrial atmosphere. The goal of this research is to find a way to correct this part of their spectra affected by this effect. First, general notions needed to understand the project are exposed. The second chapter concerns the data reduction. The calibration, the problem of the position repeatability of the slit of the spectrometer SIMON and his cause are exposed. It discusses techniques to even up the pixels’ response and the substraction of the sky from the spectra. The method used to study the atmosphere effect on brown dwarf spectra is presented. The third chapter analyses the results that use the A0 reference star to correct the brown dwarf spectrum. We cannot conclude that the A0 spectrum is affected in the same way as the brown dwarf spectrum by the terrestrial atmosphere. The data from a single night do not allow a good analysis of this effect as a function of air mass and humidity level. Others missions are needed.

L'UMR ITAP d'IRSTEA à Montpellier et la société Pellenc SA souhaitent développer un système de mesure par spectrométrie visible - proche infrarouge permettant d'évaluer la qualité des olives et d'en suivre la maturité. La mesure doit être effectuée sur une seule olive et de manière non destructive. Les critères de maturité retenus pour une première phase d'étude sont les teneurs en eau et en huile. L'objectif de ces travaux est d'optimiser la mesure des critères de maturité par spectrométrie portable, en s'adaptant aux contraintes induites par l'objet d'étude et en levant des verrous imposés par la technologie retenue. En lien avec les objectifs industriels, trois questions scientifiques ont été soulevées :QS1 : Comment obtenir les valeurs de référence des critères de maturité à partir d'une seule olive ?QS2 : Comment mesurer le spectre d'une olive ? Quelle configuration optique est la plus adaptée à l'objet mesuré ? Quel volume de l'olive est interrogé lors de la mesure spectrale ? Le noyau intervient-il dans cette mesure ?QS3 : Comment étalonner la mesure spectrale ? Les modèles de prédiction sont-ils robustes au regard d'une variété non incluse dans leur étalonnage ? Comment inclure la masse du noyau dans les valeurs prédites ?Afin de répondre à ces questions, des études expérimentales et comparatives ont été menées. Pour la détermination de la teneur en huile (QS1) deux méthodes ont été évaluée, la résonance magnétique nucléaire (RMN) et l'extraction à l'hexane, lorsqu'elles sont appliquées à la pulpe d'une olive unique. L'étude sur les différentes configurations optiques (QS2) a permis de mettre en évidence l'impact de chacune sur la mesure spectrale et ainsi déterminer si l'ensemble de ces configurations proposées (transmission, réflexion diffuse avec propagation guidée de la lumière au moyen d'une sphère, réflexion diffuse avec propagation libre de la lumière et rétrodiffusion) sont envisageables pour la mesure sur une seule olive. De plus, ces travaux se sont intéressés au volume de peau et de pulpe réellement interrogé lors de la mesure spectrale par une étude de la perte de lumière transmise à travers la peau et la pulpe. Le questionnement de l'étalonnage des mesures spectrales (QS3) a consisté en une analyse fine des modèles construits mais aussi en une étude de la robustesse et des différentes méthodes envisageables pour l'améliorer (sélection de longueurs d'onde, mise à jour des modèles, correction “biais-pente”, méthode DOP). Le dernier point traité par ces travaux de thèse est la prise en compte de la masse du noyau dans les valeurs prédites et l'évaluation des différentes méthodes pour réaliser cette correction.L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse ont servi à fournir des éléments pour guider la conception d'un outil portable de mesures par spectrométrie sur olives individuelles. / ITAP Research Unit of IRSTEA and Pellenc SA company want to developa visible - near infrared spectroscopy measurement system in order to assess the quality of olives and monitor their ripeness. The measurement has to be non-destructive and performed on a single olive. The ripeness criteria selected are water and oil content. The main objective of this work is to optimize the measurement of these criteria, recorded by a portable spectrometer, by taking into account the constraints linked to the studied object and by overcoming the obstacles imposed by the technology used. In relation to the industrial objectives, three scientific questions were raised :SQ1 : How to get the reference values of the ripeness criteria from a single olive ?SQ2 : How to measure the spectrum of one olive ? Which optical configuration isbest suited for an olive ? Which volume of the olive is actually analyzed during thespectral measurement ? Does the spectrum contain information about the kernel ?SQ3 : How to calibrate the spectral measurement ? Are the prediction models robustregarding a variety not used for the calibration step ? How to include the kernel mass in the predicted values ?In order to answer those questions, experimental and comparative studies have been led. As the determination of water content is easily transposable to a single olive, only the measurement of oil content is studied (SQ1). Two existing methods nuclear magnetic resonance and hexane extraction have been characterized end evaluated when they are applied to the pulp of a single olive.The comparative study conducted on different optical configurations(SQ2) has high-lighted the impact of each configuration (transmission, diffuse reflectance with guidedpropagation of light through a sphere, diffuse reflectance with free propagation of light and interactance) on the spectral measurement. This study has also determined if all of these configurations are suitable for the whole olive measurements. Furthermore, the real volume analyzed during the spectral measurement has been investigated by studying the loss of transmitted light through the skin and the pulp.In order to answer SQ3, the present work provides optimized models for prediction ofwater content on the one hand and oil content on the other hand. The robustness study leads us to consider different methods (Model Update, Biais and Slope, DOP, wavelength selection) depending on the correction set used and therefore the finality of the future device. Concerning the introduction of kernel mass in predicted values, it has be done using various methods which are more or less destructive. The choice of one of these methods has been be determined by the technical possibilities of the device and the minimum expected accuracy of water and oil content predictions.Therefore, the results of this thesis provide some elements to guide the development of a portable spectrometer for measurements on individual olive fruits.

L’étude des propriétés fractales des séries biologiques fait l’objet d’un intérêt croissant. Néanmoins la littérature met en évidence une ambiguïté quand à l’explication causale de la présence de ces séries temporelles ne permettant pas de distinguer entre l’adaptation effective réalisée par un sujet ou ses capacités d’adaptabilité globales. La présente thèse a pour objectif de décorréler ces deux notions, notamment en liant le niveau comportemental au niveau cérébral. Notre première étude a permise de mettre en évidence que les propriétés mono-fractales pourraient refléter l’adaptabilité des sujets tandis que les propriétés multifractales seraient liées à l’adaptation effective réalisée au cours de la tâche. La seconde étude à mise en évidence une corrélation entre les propriétés multifractales et le nombre de réseaux cérébraux mis en oeuvre au cours de la tâche, reflétant l’adaptation effective aux contraintes expérimentales imposées. Les résultats de ces travaux de thèse nous ont permis de mieux comprendre la signification fonctionnelle des analyses fractales en terme d’adaptation effective et d’adaptabilité. / The study of fractal properties in biological time series is of increasing interest. Nevertheless, the literature highlights an ambiguity on the causal explanation of the presence of these time series which does not make it possible to distinguish between the effective adaptation made by a subject or his overall adaptability capacities. The aim of this dissertation is to decorrelate these two notions, notably by linking the behavioral level to the cerebral level. Our first study allowed to highlight that the mono-fractal properties could reflect the adaptability of the subjects whereas the multifractal properties would be related to the effective adaptation carried out during the task. The second study showed a correlation between the multifractal properties and the number of brain networks implemented during the task, reflecting the effective adaptation to the experimental constraints imposed. The results of this work have allowed us to better understand the functional meaning of fractal analyzes in terms of effective adaptation and adaptability.

L'objectif général de cette thèse était d'exalter l'émission dans le proche infrarouge en utilisant des antennes plasmoniques. Les antennes plasmoniques permettent de modifier la dynamique de désexcitation ainsi que le diagramme d'émission d'un émetteur; ces deux aspects permettent donc d'améliorer/exalter la photoluminescence par rapport à un émetteur non couplé à une antenne. Au cours de cette thèse, deux émetteurs ont été étudiés : les nanotubes de carbone et les centres G dans le silicium.Les antennes plasmoniques sont, par exemple, des nanoparticules métalliques. Ainsi, dans un premier temps, nous avons étudié les propriétés de diffusion de nanoparticules métalliques. Ceci a permis de développer une technique permettant de déposer des nanoparticules uniques sur un substrat. La caractérisation optique de diverses nanoparticules déposées sur divers substrats fut réalisée par des mesures de spectres de diffusion. Des études en polarisation sur le signal excitateur ainsi que sur le signal diffusé ont permis de sonder l'origine des résonances plasmoniques apparaissant dans les spectres de diffusion. Les influences de la température et du substrat sur les spectres de diffusion ont aussi été étudiées.Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à un premier émetteur dans le proche infrarouge : les nanotubes de carbone semi-conducteurs. Nous avons caractérisé la photoluminescence d'un ensemble de nanotubes puis d'uniques nanotubes. La photoluminescence d'un nanotube de carbone unique est caractérisée par un faiblement rendement radiatif (de l'ordre du %) ce qui implique que, dans notre montage expérimental, l'émission par un unique nanotube est à la limite de détectabilité. Afin d’obtenir des applications optiques viables à base de nanotubes de carbone, nous avons essayé d'exalter leur photoluminescence grâce à des antennes plasmoniques. Nous avons donc déposé des nanoparticules métalliques au-dessus d’une couche de nanotubes de carbone. Nous avons observé ponctuellement l'exaltation de la photoluminescence, mais cette exaltation cessait sur des durées de l'ordre de la minute.Enfin, nous avons étudié un deuxième émetteur dans le proche infrarouge : les centres G dans le silicium. La caractérisation optique d'un ensemble de centre G a été réalisé. Le spectre d'émission a été mesuré et analysé quantitativement. Le temps de vie du centre G a aussi été mesuré pour la première fois. Ces deux types d'études (spectrales et temporelles) ont aussi été réalisées à diverses températures afin de sonder la dynamique de désexcitation des centres G. La saturation d'un ensemble de centres G a aussi été étudiée quantitativement. Enfin, nous avons réalisé des mesures laissant penser que le régime du centre G unique est presque atteint. L'exaltation de l'émission des centres G par des antennes plasmoniques n'a pas pu être étudiée par manque de temps. / The goal of this work was to enhance the photoluminescence in the near infrared using plasmonic antennas. Plasmonic antennas can modify both the recombination dynamics and the emission diagram; these two aspects can thus be used to enhance the photoluminescence of an emitter in comparison to an emitter not coupled with an antenna. During this thesis, two emitters were studied: carbon nanotubes and G-centers in silicon.Plasmonic antennas can be metallic nanoparticles for instance. Thus, we first studied the scattering properties of metallic nanoparticles. During this study, we developed a technique to deposit single nanoparticles on a substrate. The optical characterization of several nanoparticles on different substrates was realized through scattering spectrum measurements. Polarization studies on both the excitation light and the emitted light were realized in order to analyze the origin of plasmonic resonances in the scattering spectrum. The influence of the temperature and the substrate on the scattering spectrums was also investigated.Secondly, we looked into a first near infrared emitter: semi-conducting carbon nanotubes. We characterized the photoluminescence from an assembly of carbon nanotubes and then from single carbon nanotubes. The photoluminescence of a single carbon nanotube is characterized by a low quantum yield (typically, a few %) which implied, in our experimental setup, that the emission from a single nanotube is at the limit of detectability. In order to propose viable optical applications based on carbon nanotubes, we tried to enhance their photoluminescence with plasmonic antennas. We thus deposited metallic nanoparticles on top of a layer of carbon nanotubes. We occasionally observed some enhancements, but this typically ceased in less than a minute.Finally, we studied a second emitter in the near infrared: the G-centers in silicon. The optical characterization was realized. The emission spectrum was measured and quantitatively analyzed. The lifetime of the G-center was measured for the first time. These two studies (spectrally resolved and temporally resolved) were also realized for different temperatures in order to characterize the recombination dynamics of the G-centers. The saturation of an assembly of G-centers was also quantitatively studied. We also realized measurements suggesting that the single G-center regime has nearly been achieved. The enhancement of the photoluminescence of G centers with plasmonic antennas was not realized due to lack of time.

Les sols des régions de montagne sont confrontés à de fortes modifications climatiques et d'usages qui les rendent particulièrement sensibles à trois menaces : l'érosion, la perte de matière organique et de biodiversité. Cette thèse aborde la question de la qualité des sols sous l'angle de processus clés (décomposition et agrégation de la matière organique) au sein de différents compartiments de la partie superficielle du sol vivant (épipédon). Ces processus clés interviennent dans l'intensité des services rendus par les sols comme la séquestration de carbone, la fertilité des sols et le maintien de leur activité biologique. Parmi les indicateurs utilisés dans l'évaluation de la qualité des sols, nous avons choisi de tester des indicateurs simples et composites reliés aux processus clés de deux types d'écosystèmes subissant de fortes contraintes environnementales. Deux sites d'étude situés dans les massifs du Dévoluy (Isère) et des Maures (Var) ont été utilisés. Tous deux sont marqués par un fort gradient de végétation induit par des contraintes naturelles (sols à permafrost pour le site du Dévoluy) ou anthropiques (incendies pour le site des Maures). Dans ce travail, nous formulons trois hypothèses : (i) il existe au niveau des sols une signature originale des modifications environnementales influençant le fonctionnement des écosystèmes forestiers ; (ii) cette signature est liée à la qualité des sols et recouvre une partie biologique largement sous estimée ; (iii) la réflectance du sol résume cette signature et permet sa caractérisation dans des conditions contrastées. Les résultats de la thèse démontrent que les contraintes liées au pédoclimat et aux incendies induisent de fortes modifications des variables décrivant les processus de décomposition et d'agrégation dans les sols. Le compartiment biologique du sol (microflore ou microfaune) est particulièrement affecté par ces contraintes, révélant des modifications dans les processus liés aux chaînes trophiques des sols (voies préférentielles de décomposition et d'agrégation biologique, nitrification et dénitrification potentielles). La spectroscopie proche infrarouge se révèle être un outil pertinent pour rendre compte des modifications de qualité physico-chimiques mais aussi biologiques des sols soumis à de fortes contraintes.

Malgré la faible abondance du deutérium dans l'Univers (D/H ~ 1.5 10e-5), des molécules deutérées sont détectées en grande abondance dans les régions de formation d'étoiles, avec un fractionnement (rapport de l'abondance de la molécule deutérée à celle de son isotope principal) supérieur de plusieurs ordres de grandeur à l'abondance cosmique du deutérium. Ces molécules deutérées représentent des sondes précieuses pour déterminer les conditions physiques régnant lors de la formation d'une étoile. L'incorporation préférentielle d'atomes de deutérium dans les molécules est une conséquence de la différence d'énergie de point zéro entre une espËce deutérée et son isotope principal. Les températures indiquées par les fractionnements observés en phase gazeuse étant bien plus faibles que la température actuelle du gaz, il est généralement admis que ces molécules ont été formées lors d'une phase antérieure froide et dense (phase de coeur préstellaire), par des réactions en phase gazeuse ou à la surface des grains, puis stockées dans les manteaux de glace des grains. Elles sont libérées en phase gazeuse quand la protoétoile nouvellement formée chauffe son enveloppe et évapore les glaces. Nous étudions dans cette thèse les processus physico-chimiques menant à un tel degré de deutération dans les environnements des protoétoiles de faible masse, progéniteurs d'étoiles telles que notre soleil. Nous présentons dans un premier temps des observations de molécules deutérées (en particulier eau, formaldéhyde et méthanol) dans les enveloppes de gaz et de poussière entourant les jeunes protoétoiles. Des observations dans le domaine millimétrique ont permis de mettre en évidence un fort degré de deutération du méthanol dans le gaz constituant l'enveloppe. En particulier, l'isotope triplement deutéré a été détecté avec un fractionnement CD3OH/CH3OH de 1%. Les fractionnements observés sont compatibles avec un scénario de formation du formaldéhyde et du méthanol à la surface des grains de poussière. L'analyse de l'émission de l'eau dans ces memes environnements conduit paradoxalement à un fractionnement environ dix fois plus faible, en accord avec la limite supérieure sur le fractionnement de l'eau dans les glaces constituant les manteaux des grains de poussière, déterminée par des observations dans le proche infrarouge. Nous présentons enfin un modèle de chimie à la surface des grains se proposant de comprendre pourquoi le deutérium est préférentiellement incorporé dans les molécules de formaldéhyde et de méthanol plutot que dans l'eau.