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’écologie nutritionnelle des populations de cervidés revêt une grande importance en contexte de population surabondante. L’intense pression d’herbivorie de certaines populations de cervidés nuît à la régénération de la flore endémique et entraîne une baisse de la biodiversité. On explique encore mal la sélection alimentaire chez ces herbivores, ce qui nuit d’une part à notre capacité de prédire d’éventuels changements dans les trajectoires floristiques, et d’autre part à notre capacité d’anticiper la réponse démographique de ces herbivores. Or, notre capacité à acquérir des connaissances sur l’écologie nutritionnelle des herbivores peut être limitée par les contraintes logistiques et méthodologiques nécessaires à l’évaluation de la qualité nutritionnelle dans un contexte d’étude écologique, de même que par un manque d’objectivité dans la définition de devises alimentaires appropriées pour l’animal d’étude. Les principaux objectifs de mon projet de doctorat sont donc de développer de nouvelles méthodologies dans l’étude des interactions entre un grand cervidé, le cerf de Virginie (Odocoileus virginianus) et son habitat, et d’implémenter ces nouveux outils dans le cadre d’études écologiques. J’ai effectué mes recherches à l’île d’Anticosti, qui est un laboratoire naturel bien adapté à l’étude des populations abondantes de cervidés. Le cerf de Virginie y a été introduit en l’absence de prédateurs naturels il y a plus de 100 ans, et cette population de cervidés est l’une des les plus denses au monde. La forte pression d’herbivorie a profondément changé la composition floristique sur l’île. Puisque l’industrie forestière et le tourisme issu de la chasse au cerf y sont les deux activités économique les plus importantes, l’étude des interactions cerf-forêt y est cruciale, tant sur le plan scientifique que pour le développement régional. Cette thèse se décline en 4 chapîtres centraux (i.e. chapitres 1,2, 3 et 4) écrits sous formes d’articles. Les deux premiers articles sont consacrés à l’élaboration de nouvelles méthodes facilitant le monitoring de la nutrition du cerf de Virginie à l’île d’Anticosti. Dans un premier temps (chapitre 1), j’utilise des modèles prédictifs utilisant la spectroscopie dans le proche infrarouge ainsi que certaines propriétés chimiques des fèces de cerf afin de prédire son régime alimentaire. Je compare ensuite (chapitre 2) différentes méthodes afin de prédire des variables alimentaires obtenues par des digestions In vitro de différents fourrages qui utilisent la liqueur ruminale de cerf. Les deux chapitres suivants sont intégrateurs et propose des implémentations de nouvelles méthodes dans le cadre d’études écologiques à l’échelle du paysage. Je propose dans le chapitre 3 un nouvel indice de qualité alimentaire qui utilise la spectroscopie dans le proche infra-rouge, les géostatistiques ainsi que des données d’inventaires floristiques afin d’estimer les patrons de qualité alimentaire à l’échelle du paysage. Finalement, dans le chapitre 4, je cherche à expliquer les patrons de régénération en sapin beaumier dans certains secteurs de l’île d’Anticosti en dépit des densités élevées de cerf de Virginie. Pour ce faire, je teste une hypothèse qui stipule que les conditions édaphiques des parcelles en régénération affectent négativement la qualité alimentaire des tissus foliaires.

Notre objectif est de développer un nouvel outil d'étude des dynamiques spatiales et temporelles des paléovégétations. Le point de départ de cette démarche est le constat que l'analyse des archives naturelles, sédimentologiques ou pédologiques, comporte des limites ne permettant pas toujours d'aborder à l'échelle locale les dynamiques séculaires ou millénaires des unités paysagères. Notre travail consiste à mettre au point une méthode d'étude des archives pédologiques fondée sur les principes de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR). La SPIR mesure l'absorbance d'un matériau sur la bande spectrale 1100-2500 nm. Le spectre obtenu discrimine de nombreux constituants de ce matériau. Il donne entre autres une «empreinte digitale » des matières organiques. De ce fait, il est utilisé depuis longtemps dans de nombreux secteurs industriels. En pédologie, il a surtout été utilisé pour quantifier les constituants du sol. Or, la nature des matières organiques des sols est liée aux types de végétaux et végétations présents et passés. Nous testons donc une approche qualitative, qui consiste à associer le spectre d'un échantillon de sol à un type de végétation. La démarche de mise au point s'articule en trois étapes. La première consiste à mesurer le spectre de matières organiques dont l'origine est connue. Nous analysons des échantillons de surface de sols dont l'histoire de la végétation est connue sur une période de 150 ans au moins. Une vaste gamme de formations végétales et de types de sols sont représentés dans le référentiel spectral. La séparation entre les sols sous prairies et sous forêts est très nette. Des distinctions plus fines entre différentes formations forestières sont également observées. Dans la seconde étape, nous vérifions le potentiel de la méthode sur des matières organiques anciennes conservées dans les horizons profonds. Sur les profils étudiés, la connaissance des paléovégétations à l'échelle du millénaire est fournie par des méthodes paléoécologiques classiques. Nous distinguons les schémas d'évolution avec une grande stabilité de la végétation, des schémas présentant un ou plusieurs changements de végétation. La confrontation des spectres d'horizons profonds avec le référentiel de surface permet de retracer des scénarios qui sont calés chronologiquement grâce à l'apport de la modélisation du turnover des matières organiques. Dans la troisième étape, nous examinons des paléosols. Leur signature spectrale nous indique la nature du couvert végétal avant l'enfouissement du paléosol. Pour le moment, ces derniers résultats sont à nuancer compte tenu du peu de données paléoécologiques complémentaires. Les résultats révèlent un potentiel important de la SPIR dans l'étude des paléovégétations aux échelles locales. Des schémas d'évolutions proposés pour plusieurs des sites étudiés confortent des résultats existants ou apportent de nouveaux éléments pour l'étude des paléovégétations en relation avec l'occupation humaine en Alsace au cours de l'Holocène. Cependant, les investigations méthodologiques devront se poursuivre vers un élargissement du référentiel de surface, du point de vue écosystémique et du point de vue géographique. Les référentiels d'horizons profonds et de paléosols devront également être consolidés par d'autres études paléoécologiques. Ce travail ouvre également des perspectives sur d'autres applications comme le traçage des matières terrigènes dans les cours d'eau.

Dans un contexte où la consommation de viande bovine est en constante diminution, en partie à cause de sa composition lipidique, il apparaît important pour l'ensemble de la filière de pouvoir communiquer sur l’intérêt nutritionnel de cette viande et plus particulièrement sur sa composition en acides gras (AG). Pour que cette communication soit « efficiente » à tous les niveaux de la filière, il faut disposer de moyens analytiques fiables mais aussi faciles de mise en œuvre et de surcroît peu coûteux. La méthode analytique que nous avons choisi de tester est la spectrométrie proche infrarouge (SPIR) qui présente l’avantage d’être peu coûteuse, peu invasive et qui pourrait ainsi être utilisée à grande échelle et en routine en abattoir. Nous avons montré que la SPIR est performante pour déterminer les teneurs en AG saturés (AGS) et monoinsaturés (AGMI) (R2>0,9). Dans les meilleures conditions pour la prédiction des AGPI (échantillons comportant des teneurs élevées en AGPI et/ou une grande variabilité), les performances de prédiction restent encore insuffisantes (R2 <0,75). Pour pallier cette faiblesse de la SPIR, des équations de prédiction indirectes des AGPI ont été mises en place à partir des teneurs en AGS et AGMI, teneurs correctement déterminées par SPIR, et les informations disponibles en abattoir. Ces équations élaborées par régression linéaire multiple ont permis de prédire correctement les AGPI totaux et les AGPI n-6 (R2 >0,8). Elles restent perfectibles pour la détermination des AGPI n-3 totaux (R2=0,64) mais surtout pour le 18:3 n-3, le 20:5 n-3 et le 22:6 n-3 (R2 <0,55). L’objectif final de ce travail étant d'utiliser les équations en complément des mesures réalisées par SPIR à des fins industrielles afin de déterminer rapidement la composition en AG de la viande bovine, des études complémentaires seront nécessaires pour tester l'ensemble de notre démarche associant SPIR et équations de prédiction. / In a context where the consumption of beef is declining in part because of its lipid composition, an opportunity to revive the beef industry is to communicate with consumers on nutritional quality of beef, especially its fatty acids (FA) composition. To ensure this communication is “efficient” at all levels of the industry, we must have reliable analytical resources but also easy to implement and also inexpensive. The analytical method proposed for determining the beef FA composition is the near-infrared spectroscopy (NIRS) which is inexpensive, minimally invasive and could thus be widely used in routine in slaughterhouse. We showed that NIRS was effective to determine the concentrations of saturated (SFA) and monounsaturated (MUFA) FA (R2> 0.9). Under the best conditions for the prediction of PUFA (samples containing high levels of PUFA and / or with a high variability), PUFA predictions were still not enough (R2 <0.75). So, to overcome this weakness of NIRS, indirect prediction equations of PUFA were performed from the SFA and MUFA contents correctly determined by NIRS and information available in slaughterhouses. These equations, developed by multiple linear regression, were used to correctly predict total and n-6 PUFA (R2> 0.8). These equations are still to be improved for the determination of the total n-3 PUFA (R2 = 0.64) and of the 18:3 n-3, the 20:5 n-3 and the 22:6 n-3 (R2 <0.55). Given that the ultimate aim of this research is to use the equations as a complementary tool in tandem with NIRS measurements to serve industry as a way to rapidly determine the FA content of beef, further studies will be needed to trial and test our novel coupled NIRS–prediction equations approach.

Au laboratoire comme sur le terrain, le choix de la cadence lors de l’exercice de pédalage est un élément important dans la réalisation d’un exercice. De nombreux travaux ont porté sur l’effet de la cadence de pédalage sur différents aspects tels que la performance, les paramètres cardiorespiratoires, la participation du métabolisme « anaérobie » et le recrutement musculaire. Cependant, très peu de travaux ont étudié l’effet de la cadence de pédalage sur la disponibilité et l’utilisation d’O2 au niveau musculaire et cérébral. L’objectif principal de cette thèse était de comprendre les effets de la cadence de pédalage sur la disponibilité en O2 ainsi que l’utilisation d’O2 au niveau musculaire et cérébral. Le but de nos trois plans expérimentaux était d’étudier d’une part l’effet de la cadence de pédalage sur l’hétérogénéité de la déoxygénation musculaire lors de l’exercice modéré et d’autre part l’effet de la cadence sur l’oxygénation musculaire et cérébrale et sur la performance lors de l’exercice intense chez des sujets non entraînés ainsi que chez des sujets entraînés à l’endurance.Ce travail nous a permis de montrer que, lors de l’exercice d’intensité modérée, V ̇O2 de l’organisme entier et l’hétérogénéité de la déoxygénation musculaire étaient plus élevées à cadence élevée qu’à cadence faible, bien que la déoxygénation n’était pas modifiée par la cadence de pédalage chez les sujets non entraînés à l’endurance. D’autre part, lors de l’exercice intense mené jusqu’à l’épuisement, la performance était améliorée à 40 rpm par rapport à 100 rpm chez les sujets non entraînés tandis qu’aucune différence significative n’était observée entre les deux cadences chez les triathlètes. De plus, l’extraction d’O2 au niveau du vastus lateralis était dépendante de la cadence de pédalage chez les sujets non entraînés mais ne l’était pas chez les sujets entraînés à l’endurance. Enfin, nous avons observé un effet de la cadence de pédalage sur l’oxygénation cérébrale et en particulier une possible élévation de la disponibilité en O2 au niveau cérébral à faible cadence de pédalage chez les deux populations. Pour conclure, ce travail nous a permis de mettre en évidence des différences liées à l’aptitude aérobie des sujets et à l’intensité de l’exercice dans les réponses de l’oxygénation cérébrale et musculaire et de la performance lors d’exercices effectués à différentes cadences. / Choosing the pedalling cadence during the cycling exercise, in the laboratory as well as on the field, is a crucial element in fulfilling an exercise. Many studies have examined the effect of pedal cadence on various aspects such as performance, cardiorespiratory parameters, the participation of the “anaerobic” metabolism and muscle recruitment. However, few studies have investigated the effect of pedal cadence on the O2 availability and its utilization in the muscle as well as in the brain. This is why the main objective of this thesis was to understand this subject which is underdeveloped. The aim of our three experimental procedures was on one hand to study the effect of pedal cadence on the heterogeneity of the muscle’s deoxygenation during moderate exercise. On the other hand, to study the effects of pedal cadence on muscle and cerebral oxygenation and also on the performance during heavy exercise in untrained subjects, as well as in endurance-trained subjects.This work allows us to show that at moderate-intensity exercise, whole body V ̇O2 and the heterogeneity of muscle deoxygenation were higher at high cadence than at a lower one, even if the deoxygenation was not altered by the pedalling cadence in non-endurance-trained subjects. On the other hand, during intense exercise performed until exhaustion, the performance improved at 40 rpm than at 100 rpm in untrained subjects, while no significant difference was observed between the two cadences among triathletes. In addition, the O2 extraction in the vastus lateralis depended on the pedal cadence in untrained subjects and the opposite in endurance-trained subjects. Finally, we observed an effect of pedal cadence on cerebral oxygenation and in particular a possible rise in the availability of O2 in the brain on a lower cadence in both population levels. In conclusion, this work has allowed us to highlight the differences in the aerobic fitness of the subjects and in the intensity of the exercise in brain and muscle oxygenation responses and performance during exercises performed at different cadences.