Les maladies tropicales négligées sont un groupe de maladies infectieuses rencontrées surtout dans les zones rurales ou dans les zones urbaines et pauvres des pays à revenu faible et intermédiaire, et qui constituent elles-mêmes des facteurs aggravants de pauvreté. Comparés à des maladies comme le sida, la malaria et la tuberculose, l'étude et l'effort de lutte contre ces maladies infectieuses sont beaucoup moins développés en termes de fonds investis, de programmes de recherche et de politiques de santé publique. Cette thèse vise à apporter une contribution à l'étude des maladies tropicales négligées, par le biais de travaux théoriques situés à l'interface entre la modélisation et l'écologie, l'évolution et le contrôle de ces maladies. Les résultats obtenus et discutés portent plus particulièrement sur la transmission des maladies vectorielles, et sur l'évolution des macro-parasites. Cette thèse permet ainsi d'illustrer l'intérêt des approches de modélisation en recherche fondamentale pour mieux comprendre et lutter contre ce groupe de maladies infectieuses, des maladies qui chaque année affectent encore des centaines de millions de personnes à travers le monde.

La bilharziose est une maladie parasitaire humaine qui se trouve au second rang mondial, après la malaria, en termes de morbidité et de mortalité induites par le parasite. Plus de 200 millions de personnes sont infestées dans 74 pays et plus de 200 000 personnes décèdent par an (Chitsulo et al. 2004; Gryseels et al. 2006). Schistosoma mansoni, ici étudié, est responsable de la bilharziose intestinale. Ce parasite possède un cycle de vie complexe, passant obligatoirement à travers deux hôtes : un hôte intermédiaire mollusque d'eau douce et un hôte définitif humain ou murin. Lors du cycle de développement, les différents stades sont exposés à divers environnements. Par exemple, les stades larvaires peuvent être confrontés à plusieurs hôtes intermédiaires (souche de mollusque) ou définitifs (humain ou murin). Mes travaux de thèse concernent l'influence de l'environnement sur l'épigénome de Schistosoma mansoni. L'information épigénétique est une source supplémentaire pour la création de variants phénotypiques, nous proposons que certains de ces variants puissent être hérités et sélectionnés, et ainsi conférer un avantage au parasite.Pour investir cette hypothèse nous avons décidé de modifier l'environnement du parasite de façon biotique et abiotique, lorsqu'il se développe au sein de l'hôte définitif ou lorsqu'il est au contact de l'hôte intermédiaire. En effet, Schistosoma mansoni est un endoparasite donc chaque hôte, dans lequel il va se maintenir, représente son environnement direct. Pour cela nous avons utilisé une drogue anti-helminthe et un hôte intermédiaire allopatrique. La réponse du parasite aux différents changements d'environnements a été analysée de la population (traits d'histoire de vie) à la molécule (génome, épigénome, transcriptome). Les nouvelles techniques de biologie moléculaire et de séquençage massif nous ont permis de réaliser des études globales. Lors de ces travaux de thèse, les différentes évolutions expérimentales ont mené à deux énigmes : (1) " Adaptation rapide de Schistosoma mansoni à une drogue anti-helminthes " et (2) " Adaptation rapide de Schistosoma mansoni à l'Amérique du Sud ". Les résultats obtenus pour cette dernière ont amené une troisième énigme : (3) "Différenciation sexuelle en l'absence de gène W-spécifique dans un système ZW"!

L'immunité des invertébrés a longtemps été définie comme reposant sur une immunité innée simple basée sur une reconnaissance peu spécifique. Cependant depuis 20 ans les preuves que l'immunité des invertébrés présente de la spécificité se multiplient. De la même façon un phénomène de mémoire immunitaire nommé priming immunitaire a également été décrit chez ces derniers. Dans le cadre de ce travail de thèse j'ai pu étudier sous différents aspect le priming immunitaire chez Biomphalaria glabrata, un mollusque d'eau douce, face à son parasite naturel Schistosoma mansoni. Dans un premier temps nous avons pu démontrer que le priming immunitaire était spécifique du génotype du premier parasite entrant dans le mollusque. De plus, il apparaît que la succession des différents stades de développement du parasite stimule l'immunité séquentiellement afin d'engendrer une protection totale. Enfin nous nous sommes intéressés aux mécanismes sous jacents à ce priming immunitaire en focalisant notre attention sur les facteurs humoraux impliqués dans cette réponse de priming immunitaire. Nous avons observé différentes molécules pouvant être associées à la réponse de priming tant dans la spécificité de reconnaissance que dans la phase effectrice de la réponse immunitaire.

C'est dans le contexte délicat du milieu marin, marqué par l'écroulement des stocks halieutiques et la conservation urgente des espèces de prédateurs marins, que s'inscrit cette étude sur la déprédation (i.e. prélèvement des poissons capturés) par les orques et les cachalots sur la pêche à la palangre dans la ZEE de l'Archipel de Crozet. Le premier objectif a été d'évaluer les conséquences socio-économiques du phénomène. Entre 2003 et 2010 les orques ont interagi avec un total de 43,3% des palangres relevées et les cachalots avec 57,5%, les deux espèces étant présentes simultanément sur 27.8% des palangres (n =5 438). Les orques, seules ou associées aux cachalots ont été estimées prélever 926 ± 76 tonnes de légines sur l'ensemble de la période, représentant un taux de déprédation de 17,7%. Trois facteurs opérationnels ont été identifiés comme faisant varier la déprédation par les orques : i) utilisation de palangres courtes (<5 000 m) en absence d'orques, ii) déplacement du navire sur des distances supérieures à 75 km pour quitter une zone confrontée à la déprédation et changer de zone, iii) utilisation de vitesse de remontée des hameçons à bord supérieures à 50 ham.min-1. Le deuxième objectif de cette étude a été d'évaluer les conséquences démographiques de la déprédation sur la population d'orques de Crozet. Le suivi à long terme des individus a permis de mettre en évidence des réponses différentielles des unités sociales en fonction de leur degré d'interaction avec les pêcheries. En effet, les années 1990 sont d'abord marquées par une sur-mortalité des orques interagissant à des hauts niveaux avec les pêcheries, confirmant l'effet de réponses de type létales de la part des navires braconniers sur les individus. Cette tendance s'inverse à partir de 2003 avec une survie et une reproduction supérieure dans les unités à fort taux d'interaction, suggérant un effet bénéfique de la déprédation. Avec l'augmentation des cas de déprédation dans le monde, la portée de cette étude est globale, d'une part par ses résultats positifs issus d'une collaboration entre pêcheurs, gestionnaires et scientifiques, et d'autre part par la précision des priorités de conservation impliquées.

Le tritium est l'isotope radioactif de l'hydrogène. Il est capable d'intégrer la plupart des molécules biologiques. Bien que sa radiotoxicité soit faible, les effets du tritium seraient augmentés s'il était capable de se concentrer dans des compartiments critiques du vivant. Afin de mieux comprendre la circulation du tritium dans l'environnement et mettre en évidence les constantes de transfert entre compartiments, nous avons étudié la tritiation de différentes matrices agricoles exposées chroniquement à du tritium. La première étape de notre démarche est la validation des techniques mises en oeuvre dans la préparation des échantillons. Nous avons démontré la possibilité de stocker des échantillons environnementaux à Valduc et avons mis en évidence différents biais liés à l'extraction de l'eau. Des solutions ont été proposées. Une hypothèse est formulée sur l'origine physique du facteur de séparation isotopique original que nous avons mis en évidence lors de l'extraction de l'eau du lait. Dans l'étude environnementale, les mesures faites sur les végétaux confirment l'importance de l'exposition atmosphérique dans la tritiation de la plante. L'absence de différence liée à l'espèce dans la tritiation de la matière sèche a été démontrée. La diversité des résultats obtenus sur la tritiation des différentes fractions de matrices végétales encouragent la poursuite de cette voie de recherche. Nous avons comparé la tritiation des principales fractions hydrogénées du lait, d'abord entre elles puis entre échantillons afin de mettre en évidence les facteurs à l'origine des différences observées. Nous avons ainsi montré la très grande corrélation entre l'eau d'abreuvement et l'eau libre du lait ainsi qu'entre les activités tritium de la matière sèche du bol alimentaire et des fractions organiques du lait. Nous avons également mis en évidence l'importance des paramètres métaboliques dans l'excrétion du tritium dans le lait. La synthèse de ces résultats montre l'importance des effets de la dilution de l'hydrogène dans les compartiments considérés devant les mécanismes de discrimination isotopique, y compris au sein d'une chaîne alimentaire exposée chroniquement dans son ensemble.

A Madagascar et au Niger, des politiques de décentralisation de la gestion des ressources naturelles ont émergé dans les années 90. Elles se sont construites en réponse à l'échec des politiques centralisées face à la dégradation des forêts et ont été favorisés par le développement de la reconnaissance à l'international des capacités des acteurs ruraux à gérer leurs forêts. L'application de ces politiques modifie les interactions entre acteurs ruraux et écosystèmes de façon positive et négative. Cette thèse propose un cadre pour analyser les effets attendus et inattendus des réformes forestières sur les forêts et les acteurs ruraux. Ce cadre est appliqué à un cas d'étude à Madagascar et un au Niger, illustrant la décentralisation dans des contextes différents. Le couple humains-écosystèmes forestiers est modélisé comme un système socio-écologique (SES), dont les interactions entre usagers et écosystèmes sont des fonctions du SES. Les politiques forestières sont interprétées comme des stratégies visant à réduire la vulnérabilité des SES. Les résultats montrent que le processus de décentralisation a visé un SES dans lequel une seule fonction, la production de bois énergie, est représentée. Cependant, les systèmes de forêts tropicales sèches sont composés de plusieurs fonctions différentes qui interagissent entre elles. Les nouvelles politiques forestières entrainent l'augmentation de l'expression de certaines des fonctions parmi les 16 identifiées au Niger et les 15 identifiées à Madagascar. Mais elles ont aussi conduit au déclin d'autres fonctions, avec des conséquences pour les acteurs impliqués dans ces fonctions. Pour réduire la vulnérabilité dans les SES des forêts tropicales sèches, des politiques qui intègrent les interactions complexes caractéristiques de ces systèmes doivent être développées.

Ce document synthétise l'ensemble des mes activités de recherche depuis mon doctorat, obtenu en 2006, jusqu'à mes travaux les plus récents et en cours effectués au Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU) où je suis maître de conférences depuis 2007. Le LEESU est un laboratoire commun à l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC), l'Ecole des Ponts ParisTech, l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEMLV) et AgroParisTech. L'objectif de mes travaux est d'obtenir une vision intégrée des micropolluants organiques en milieu urbain, de leur émission au milieu récepteur. Ils sont orientés vers les polluants prioritaires de la Directive cadre sur l'eau (DCE, Directive 2000/60/CE), les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les polybromodiphényléthers, les alkylphénols, le bisphénol A et les phtalates. Ils s'intéressent d'une part à la production de polluants sur les surfaces urbaines, à leur transfert à différentes échelles, à leur comportement au sein des filières de traitement et finalement à leur devenir dans les milieux récepteurs. Après une introduction dédiée au contexte scientifique, j'ai opté pour une présentation de ce manuscrit selon 4 blocs regroupant la quasi-totalité de mes activités. Bien que perméables, ces blocs se structurent selon le devenir des micropolluants dans les eaux urbaines : * De l'atmosphère aux eaux de ruissellement ; * Dans les réseaux d'assainissement ; * Dans les filières de traitement ; * Dans les milieux récepteurs.

Dans le cadre de la campagne POLARCAT-France, ayant eu lieu au nord de la Suède en avril 2008, plusieurs observations de panaches d'aérosols furent analysées. L'étude des panaches d'aérosols repose sur les mesures d'un lidar à rétrodiffusion émettant à 355, 532 et 1064 nm et équipé d'un canal pour mesurer la dépolarisation à 355 nm. Trois paramètres optiques (les rapports de diffusion, le pseudo rapport de couleur (CR*), et de dépolarisation) fournissent des informations sur l'épaisseur optique, le rapport entre fraction fine et fraction grossière, et la présence d'aérosols minéraux. Une climatologie sur les propriétés optiques de l'aérosol a été réalisée pour établir les gradients méridiens, l'évolution temporelle pendant la campagne et leur dépendance avec l'origine des masses d'air. Le lidar spatial CALIOP calcule les mêmes paramètres optiques que le lidar aéroporté. L'intercomparaison entre les deux instruments a montré une différence importante sur les valeurs absolues de CR*, qui est dû à des différences de méthode d'étalonnage entre les deux instruments. Néanmoins, les variations relatives des paramètres optiques restent cohérentes. Pour identifier les sources d'aérosols, une étude lagrangienne a été menée avec des simulations du modèle de transport, FLEXPART, combiné aux mesures CALIOP. Cette analyse montre que l'aérosol résulte d'un mélange de trois sources : pollution transportés du nord-est de l'Asie et d'Europe, des feux de forêt et agricoles de Sibérie et des poussières désertiques d'Asie Centrale. Enfin, une étude sur les propriétés optiques de l'aérosol a été effectuée sur les incendies de l'été 2010 en Russie et a permis une comparaison de l'impact de cet épisode d'été avec les observations de 2008.

Les activités anthropiques sont responsables de l'introduction d'un grand nombre de substances chimiques dans l'environnement. Dans le cadre de la Directive Cadre Européenne sur l'eau, il est nécessaire d'évaluer l'impact de la contamination chimique sur les milieux aquatiques afin d'établir un diagnostic de l'état écologique des masses d'eau. Les biomarqueurs de génotoxicité permettent l'évaluation de l'impact des contaminants chimiques sur l'intégrité structurelle de l'ADN et comme indicateurs prédictifs d'effets au niveau populationnel. L'objectif général de cette thèse est de développer un biomarqueur de génotoxicité sensible et précoce des effets de la contamination chimique urbaine sur Dreissena polymorpha. Dans ces travaux, nous avons utilisé le test comète, permettant de mesurer les cassures de brins d'ADN et les sites alcali-labiles. Nous avons couplé ce test à une endonucléase spécifique de la détection des lésions oxydatives (hOGG1) afin d'améliorer sa significativité, par la recherche de lésions oxydatives, telle que la 8-oxodG, impliquée dans le vieillissement cellulaire et la cancérogénèse. La formation d'oxydation de l'ADN a été mise en évidence par le test comet-hOGG1 appliqué à des cellules de branchies de moules exposées au BaP et au Cd. La réparation des lésions oxydatives induites par le BaP s'est avérée plus rapide que celles induites par le Cd. D'autre part, la variabilité naturelle de certains biomarqueurs de génotoxicité tels que le taux de cassures à l'ADN, la fréquence des micronoyaux et le nombre d'adduits à l'ADN, a été étudiée dans le but d'éliminer ce biais dans de futures études de biomonitoring. Les résultats des études in situ ont permis de mettre en évidence une induction de lésions oxydatives sur les moules transplantées sur les sites urbains du bassin de la Seine. De plus, ces travaux montrent que la technique de transplantation des moules n'induit pas de modification du statut biologique des organismes, ni de variation de l'expression du taux de cassures à l'ADN et de la fréquence de micronoyaux. Enfin, la comparaison de l'expression des biomarqueurs de génotoxicité entre le printemps et l'automne montre que ces deux saisons sont favorables aux études de biomonitoring par la transplantation de dreissènes.

Suite aux lancements successifs de satellites pour l'observation de la Terre dotés de capteur SAR (Synthetic Aperture Radar), la masse de données SAR disponible est considérable. Dans ce contexte, la fusion des mesures de déplacement issues de l'imagerie SAR est prometteuse à la fois dans la communauté de la télédétection et dans le domaine géophysique. Dans cette optique, cette thèse propose d'élargir les approches conventionnelles en combinant les techniques de traitement des images SAR, les méthodes de fusion d'informations et la connaissance géophysique. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif d'étudier plusieurs stratégies de fusion, l'inversion jointe, la pré-fusion et la post-fusion, afin de réduire l'incertitude associée d'une part à l'estimation du déplacement en 3 dimensions (3D) à la surface de la Terre, d'autre part à la modélisation physique qui décrit la source en profondeur du déplacement observé en surface. Nous évaluons les avantages et les inconvénients de chacune des stratégies en ce qui concerne la réduction de l'incertitude et la robustesse vis à vis du bruit. Dans un second temps, nous visons à prendre en compte les incertitudes épistémiques, en plus des incertitudes aléatoires, présentes dans les mesures et proposons les approches classiques et floues basées sur la théorie des probabilités et la théorie des possibilités pour modéliser ces incertitudes. Nous analysons et mettons en évidence l'efficacité de chaque approche dans le cadre de chaque stratégie de fusion. La première application consiste à estimer les champs du déplacement 3D à la surface de la Terre dus au séisme du Cachemire en octobre 2005 et à l'éruption du Piton de la Fournaise en janvier 2004 sur l'île de la Réunion. La deuxième application porte sur la modélisation de la rupture de la faille en profondeur liée au séisme du Cachemire. Les principales avancées sont évaluées d'un point de vue méthodologique en traitement de l'information et d'un point de vue géophysique. Au niveau méthodologique, afin de lever les principales difficultées rencontrées pour l'application de l'interférométrie différentielle à la mesure du déplacement induit par le séisme du Cachemire, une stratégie de multi-échelles basée sur l'information a priori en utilisant les fréquences locales de phase interférométrique est adoptée avec succès. En ce qui concerne la gestion de l'incertitude, les incertitudes aléatoires et épistémiques sont analysées et identifiées dans les mesures du déplacement. La théorie des probabilités et la théorie des possibilités sont utilisées afin de modéliser et de gérer les propagations des incertitudes au cours de la fusion. En outre, les comparaisons entre les distributions de possibilité enrichissent les comparaisons faites simplement entre les valeurs et indiquent la pertinence des distributions de possibilité dans le contexte étudié. Par ailleurs, la pré-fusion et la post-fusion, 2 stratégies de fusion différentes de la stratégie d'inversion jointe couramment utilisée, sont proposées afin de réduire autant que possible les incertitudes hétérogènes présentes en pratique dans les mesures et pour contourner les principales limitations de la stratégie d'inversion jointe. Les bons cadres d'application de chaque approche de la gestion de l'incertitude sont mis en évidence dans le contexte de ces stratégies de fusion. Au niveau géophysique, l'application de l'interférométrie différentielle à l'étude du séisme du Cachemire est réalisée pour la première fois et compléte les études antérieures basées sur les mesures issues de la corrélation des images SAR et optiques, les mesures télésismiques et les mesures de terrain. L'interférométrie différentielle apporte une information précise sur le déplacement en champ lointain par rapport à la position de la faille. Ceci permet d'une part de réduire les incertitudes associées aux mesures de déplacement en surface et aux paramètres du modèle, et d'autre part de détecter les déplacements post-sismiques qui existent potentiellement dans les mesures cosismiques qui couvrent la période de mouvement post-sismique. Par ailleurs, la prise en compte de l'incertitude épistémique et la proposition de l'approche floue pour gérer ce type d'incertitude, fournissent une vision différente de l'incertitude de mesure connue par la plupart des géophysiciens et complétent la connaissance de l'incertitude aléatoire et l'application de la théorie des probabilités dans ce domaine. En particulier, la gestion de l'incertitude par la théorie des possibilités permet de contourner le problème de sous-estimation d'incertitude par la théorie des probabilités. Enfin, la comparaison du déplacement mesuré par les images SAR avec le déplacement mesuré par les images optiques et le déplacement issu des mesures sur le terrain révèle toute la difficulté d'interpréter différentes sources de données plus ou moins compatibles entre elles. Les outils développés dans le cadre de cette thèse sont intégrés dans le package MDIFF (Methods of Displacement Information Fuzzy Fusion) dans l'ensemble des "EFIDIR Tools" distribués sous licence GPL.