Depuis plus de 50 ans, l’industrie de la microélectronique ne cesse d’évoluer afin de répondre à la demande d’augmentation des performances ainsi que des fonctionnalités des composants, tout en diminuant les tailles et les prix des produits. Cela est obtenu à ce jour principalement par la réduction des dimensions des composants électroniques. Cependant les dimensions actuelles des transistors atteignent une limitation physique et de nombreux effets parasites émergent. Il devient évident que dans un avenir très proche cet axe de développement ne sera plus envisageable. L’intégration tridimensionnelle apparaît alors comme une solution très prometteuse face à cette problématique de miniaturisation. Cette architecture permet la réalisation de composants plus performants tout en augmentant les fonctionnalités de ces derniers. Son concept consiste à empiler différents circuits de natures éventuellement différentes puis de les interconnecter électriquement à l’aide de connexions verticales. Le collage direct métallique permet en ce sens d’assembler mécaniquement et électriquement deux circuits l’un sur l’autre. Le but de ce travail de thèse est d’étudier le comportement électrique du procédé de collage direct métallique avant de l’intégrer dans un composant actif. On retrouve dans la première partie de ces travaux, la description du jeu de masque ainsi que les intégrations technologiques utilisées, pour réaliser les démonstrateurs 3D permettant les différentes caractérisations électriques de ces interconnexions métalliques. L’évolution de la résistance spécifique de l’interface de collage a été investiguée en fonction de la température de recuit. Puis, la fiabilité électrique de ces interconnexions a été étudiée en analysant leurs comportements face aux risques de dégradation induits par électromigration ou sous contrainte thermique. Des études physico-chimiques ont permis d’analyser les défaillances et de proposer des mécanismes. Pour finir, dans une dernière partie, les étapes technologiques nécessaires à une intégration 3D haute densité type puce à plaque ont été développées et caractérisées. / During 50 years, semiconductor technology has been evolving in exponential rates in both productivity and performance. By following a steady technological path that consists in scaling down transistors and increasing electronic components density, the semiconductor industry was able to meet the increasing demand in high performance, low power consumption and low cost devices. However by constantly shrinking devices geometries and increasing functionalities, semiconductor industry is facing physical limitations in addition to more and more overwhelming parasitic effects. Since further miniaturisation would be made impossible in a near future, 3D integration appears as a promising approach to go beyond planar integration possibilities. This approach allows high performances and various functionalities compounds achievements. 3D integration consists on various chips stacking with vertical and electrical interconnects. The metallic direct bonding offers strong mechanical bond with a good electrical conductivity between the two bonded circuits. In this work, electrical behaviours of bonded devices achieved by direct bonding are studied. First, the various structures layout used in this study and the process flow integration for the 3D demonstrator are described. Then, electrical characterization of metallic interconnects are performed. Measurements and results are reported and discussed concerning the study of resistance evolution of the bonding interface during anneal. And the investigation of the bonded devices behaviours facing the risk of reliability issues on Cu-Cu direct bonded interconnects are achieved by addressing electromigration items and several thermal stress tests as stress voiding or thermal cycling. Finally, physical characterizations enabled failure mechanisms analysis and identification. technological steps required for a chip to wafer integration using direct bonding process has been developed and studied during this work. Results are given at the end of this report.

Dans le contexte du réchauffement climatique, les récifs coralliens subissent des stress thermiques de plus en plus fréquents et intenses. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes de la thermo­tolérance des coraux, j’ai développé une approche intégrative sur l’holobionte corallien (méta­organisme composé de l’hôte corallien, son algue symbiotique etson microbiote). Pour cela, j’ai réalisé une expérience de stress thermique écologiquement réaliste sur une espèce de corail, Pocillopora damicornis. Cette espèce étant présente dans l’ensemble de l’Indo­Pacifique, j’ai pu comparer la réponse de deux populations dont la thermotolérance est différente puisqu’elles sont soumises à des régimes thermiques contrastés. J’ai analysé, pour chacune d’entre­elles, la réponse de l’hôte corallien (par RNAseq), ainsi que la structure et les changements au niveau des microbiotes algaux et bactériens (par métabarcoding). Les résultats obtenus montrent qu’alors que la structure du microbiote n’est pas influencée par le stress, le corail y répond de façon très différente selon la population étudiée. La population issue d’un environnement plus fluctuant met en place une réponse plus efficace et plus plastique, probablement grâce à l’intervention de mécanismes épigénétiques. Une autre étude réalisée sur différentes populations de P. damicornis dans le cadre de cette thèse montre que la composition du microbiote est influencée par le génome de l’hôte ainsi que par le régime thermique. Un des clades de l’algue symbiotique connu pour améliorer la thermo­ tolérance de l’hôte corallien semble plus sensible aux basses températures que les autres. / In the context of global warming, coral reefs are experiencing thermal stresses which are becoming more frequent and intense. In order to get a better understanding of the mechanisms of coral thermo­tolerance, I developed an integrative approach on the coral holobiont (meta­ organism composed of the coral host, its symbiotic algae and microbiota). For this, I performed an ecologically realistic thermal stress experiment on a coral species, Pocillopora damicornis. This species is widespread in the Indo­Pacific area. I compared the response of two populations whose thermotolerance is different since they are subjected to contrasting thermal regimes. I analyzed, for each of them, the response of the coral host (by RNAseq), as well as the structure and changes in the algal and bacterial microbiota (by metabarcoding). The results show that,while the structure of the microbiota is not influenced by stress, coral responds very differently depending on the population studied. The population from a more fluctuating environment displays a more effective and more plastic response, probably thanks to the involvement of epigenetic mechanisms. Another study carried out on different populations of P. damicornisshowed that the composition of the microbiota is influenced by the host genome and the thermal regime. One of the clades of the symbiotic algae, known to improve the heat­tolerance of the coral host, appears more sensitive to low temperatures than the others.

Le contrôle de l’expression des gènes est un processus crucial pour le développement, la reproduction ou les mécanismes d’acclimatation aux stress environnementaux et met en jeu des voies de régulation post-transcriptionnelles agissant sur les ARN messagers (ARNm). Ces molécules portent des modifications chimiques dont l’une des plus abondantes est la N6-méthyladénosine ou m6A. Cette modification permet notamment d’attirer des protéines spécifiques qualifiées de « lecteurs » qui, chez les mammifères, agissent principalement pour favoriser la dégradation et/ou la traduction des ARNm. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser les fonctions d’un de ces lecteurs, nommé ECT2, chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Dans un premier temps, sa fonction de liaison aux ARNm méthylés ainsi que son rôle dans le développement de la plante ont été démontrés. Au niveau moléculaire, une approche de protéomique a permis d’identifier de nombreux partenaires d’ECT2 dont la majorité est impliquée dans le métabolisme des ARNm parmi lesquels des facteurs inhibiteurs de traduction. Les résultats d’une analyse de translatomique permettent de proposer un modèle où ECT2 jouerait un rôle de répresseur de la traduction d’ARNm en coopération avec ses partenaires LARP1 et DCP5, deux facteurs évolutivement conservés qui agissent dans le contrôle de la traduction des ARNm. Enfin, j’ai également découvert que la protéine ECT2 est dynamiquement modifiée via des phosphorylations en réponse à un stress thermique, ce qui semble notamment affecter sa capacité à reconnaitre les résidus m6A. Ces travaux suggèrent pour la première fois que l’activité d’un lecteur peut être régulée par des phosphorylations en réponse à des variations environnementales. / Control of gene expression is a crucial process for development, reproduction or acclimation to environmental stresses and involves post-transcriptional regulatory pathways acting on messenger RNAs (mRNAs). These molecules carry chemical modifications of which N6-methyladenosine (m6A) is one of the most abundant. This modification allows notably the recruitment of specific proteins qualified as “readers” which, in mammals, mostly act to promote decay and/or translation of mRNAs. My thesis aimed to characterize the functions of one of these readers, named ECT2, in the model plant Arabidopsis thaliana. First, its binding function to methylated mRNAs and its role in plant development was demonstrated. At the molecular level, a proteomic approach identified numerous ECT2’s protein partners, mainly involved in mRNA metabolism including translation inhibition factors. Results obtained from a translatome analysis suggest a model where ECT2 could play a repressive role on the translation of methylated mRNAs cooperatively with its partners LARP1 and DCP5, two evolutionarily conserved factors acting in translational control of mRNAs. Finally, I also discovered that ECT2 is dynamically modified with phosphorylations in response to heat stress affecting especially its ability to recognize m6A residues. These works suggests for the first time that the activity of an m6A reader could be regulated by phosphorylations in response to environmental changes.

Chez les parasitoïdes, le succès reproducteur n’est pas seulement de permettre une perpétuation de l’espèce il est aussi très important pour la lutte biologique contre les insectes nuisibles. Donc, il est essentiel que la population se développe durablement et produise des descendants fertiles. Au cours de leur vie, à cause de leur petite taille, les parasitoides doivent faire face aux contraintes écologiques (biotiques et abiotiques) qui peuvent agir directement ou indirectement sur l’individu, impliquant des changements morphologiques, physiologiques ou comportementaux qui, à leur tour, affectent la survie et notamment le succès reproducteur d’individus. L’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les conséquences des contraintes écologiques sur la reproduction à partir d’un ectoparasitoide Anisopteromalus calandrae. Nos résultats montrent que la décision de ponte des femelles parasitoïdes est liée à la densité en hôtes qui affecte à la fois la taille des individus et leur fitness avec comme conséquence une augmentation du nombre de mâles dans la descendance. D’autre part, le stress thermique appliqué soit au stade nymphal ou adulte cause des effets négatifs sur la survie et une diminution du stock de spermatozoïdes est également observée. / In parasitoids wasps, reproductive success not only perpetuation of the species, it is also a very important factor for biological control against pests, since it is essential that the population grows and sustainably produce fertile offsprings. During their lives, because of their small size, parasitoids face ecological constraints (both biotic and abiotic) that may affect directly or indirectly the individuals, involving changes in their morphology, physiology or behavior, which in turn, affect the survival and reproductive success. The overall objective of this thesis was to better understand the consequences of the ecological constraints on reproduction in the ectoparasitoid wasp Anisopteromalus calandrae. Our results show that the parasitoid females’ decision to lay eggs is related to the host density that affects both the offspring’s size and fitness, consequently increasing the number of males in the offspring. On the other hand, the thermal stress applied to the pupae or adults had negative effects on survival and decreased the quantity of sperm. Moreover, stressed males are less successful competitors.

Dans le contexte actuel de changement global et particulièrement de réchauffement climatique et de pollution chimique chronique, se pose la question de la vulnérabilité des écosystèmes côtiers et notamment des populations d’invertébrés filtreurs jouant un rôle structurant dans la plupart de ces écosystèmes. Dans ces travaux de thèse, une approche couplée d’écophysiologie et de génomique fonctionnelle a été mise à profit afin de mieux comprendre les processus moléculaire, cellulaire et physiologique de réponse à une contamination chimique chronique modérée et d’évaluer la capacité à faire face à une augmentation de température chez des populations naturelles de moules bleues (Mytilus spp.) de la Rade de Brest. Les résultats obtenus révèlent qu’une contamination chronique modérée induit des réponses adaptatives au niveau subcellulaire chez les moules exposées, prévenant ainsi l’apparition de souffrances physiologiques et permettant aux populations de se maintenir dans un environnement variable. Ces réponses impliquent en particulier, une activation des mécanismes de défense cellulaire (métabolisme énergétique et défenses antioxydantes) et d’élimination des xénobiotiques. Par ailleurs, l’exposition à une augmentation de température en conditions expérimentales ne met pas en évidence de sensibilité particulière au stress thermique chez les moules provenant d’un site exposé à une contamination chronique modérée. En revanche, les résultats indiquent que ces dernières pourraient avoir une plus grande capacité à compenser grâce à des réponses adaptatives, les effets délétères générés par une augmentation de température. Cependant, le fort coût énergétique généré par la contamination chimique ainsi que les effets importants du stress thermique mis en évidence dans ces travaux indiquent que la combinaison de ces deux sources de stress pourrait provoquer des dysfonctionnements métaboliques et représenter à l’avenir, une menace pour les populations naturelles de moules bleues. Ces travaux de thèse ont également contribué au développement de nouvelles méthodologies permettant respectivement, de quantifier des contaminants environnementaux dans des tissus biologiques marins, d’étudier des réponses génomiques précoces de stress et de mesurer des paramètres physico-chimiques in situ. Ces méthodologies pourront contribuer à améliorer les performances du diagnostic de l’état de santé des populations naturelles de moules et au delà, d’espèces-sentinelles de mollusques bivalves dans un contexte de contamination chimique mais également de changements climatiques. / In the current context of chronic chemical pollution and on-going climate change, coastal ecosystems, and in particular keystone filter-feeding bivalve populations inhabiting them, appear vulnerable. In this thesis, an approach coupling ecophysiology and functional genomics was used to study the molecular, cellular and physiological responses of wild blue mussel populations of the Bay of Brest to a moderate chronic chemical contamination, and to assess the ability of these populations to face a heat stress. Results indicate a moderate chronic chemical contamination induces adaptive responses in wild mussel populations from the Brest harbour area, which prevents severe physiological disturbances and sustain long-term population survival. These responses include an activation of cellular stress response [energetic metabolism and antioxidant defences) and xenobiotic elimination mechanisms. Furthermore, experimental heat stress exposure does not highlight a higher sensitivity to a temperature increase in mussels sampled in a moderately contaminated area but suggests that these mussels could have a better ability to offset the adverse effects of heat stress thanks to adaptive responses. However, the high energetic cost of chemical contamination and the strong effects of heat stress presented in this work, suggest combined chemical and heat stress could be a future threat for wild blue mussel populations. This work also contributes to the development of new methodologies to, respectively, quantify environmental contaminants in marine biota, study early warning genomic stress responses and to survey physicochemical parameters in situ. These methodologies contribute to improving the health diagnostics of natural mussel populations and thus, appear as useful tools to assess health of bivalve sentinel species populations in biomonitoring studies, in a context of chemical contamination and climate change.

Sous contraintes industrielles, les micro-organismes sont soumis à différents stress technologiques, liés à leur culture en réacteur de grande taille, altérant leur viabilité et les performances des procédés. Les fluctuations des paramètres physico-chimiques (température, pH, …) sont responsables de cette baisse d’efficacité de la fermentation. Afin de contribuer à l’intensification des performances des procédés de production de bio-éthanol, ce projet de thèse propose d’améliorer la robustesse d’une souche industrielle de Saccharomyces cerevisiae productrice d’alcool vis-à-vis d’un stress environnemental : la température. La stratégie générale de ce projet réside dans l’obtention d’un mutant plus tolérant que la souche sauvage au stress appliqué par abaissement de son taux de décès. Un pilote original de culture en continu a été mis en place, couplant mutagénèse aux UV, générant des modifications génétiques et pression de sélection par des variations de température, permettant la sélection des variants les plus robustes. Un modèle phénoménologique a été développé afin de simuler les cinétiques microbiennes selon le mode de conduite du pilote et d’optimiser les conditions de fonctionnement nécessaires à l’obtention des futurs variants. Ce modèle cinétique fait intervenir l’influence de la température sur les cinétiques de croissance, de décès cellulaire et de production d’éthanol chez Saccharomyces cerevisiae. Ces cinétiques ont été quantifiées expérimentalement en fonction de la température et des traitements de mutagénèse par UV. Grâce aux conditions obtenues par simulation, des cultures en mode continu ont été réalisées et des variants obtenus ont été caractérisés, en condition de production intensive d’éthanol, sur la base de leurs performances en termes de croissance, de décès et de capacités fermentaires. Cette stratégie a permis de sélectionner un variant possédant une meilleure robustesse vis-à-vis de la température, caractérisé par un taux de décès plus faible que celui de la souche sauvage. Néanmoins ce variant ne se caractérise pas par de meilleures performances fermentaires / Under industrial constraints, microorganisms are exposed to various stresses, due to their cultivation in large scale bioreactor, altering their viability and the performances of bioprocesses. Fluctuations in physico-chemical parameters (temperature, pH, ...) are responsible for this reduction in fermentation efficiency. This Ph.D project intends to improve the robustness of an industrial ethanol producer Saccharomyces cerevisiae strain under heat stress, in order to improve its industrial production of bio-ethanol under temperature fluctuating environment. The strategy of this project is to obtain a mutant more tolerant than the wild type strain to heat stress, possessing a lower death rate. An original continuous culture reactor has been designed, coupling UV mutagenesis (generating genetic modifications) and selection pressure (temperature) to select the most robust variant. A phenomenological model was proposed to simulate microbial kinetics based on the monitoring strategy of the chemostat and to optimize the operating conditions necessary for the generation of variants. This dynamic model involves the impact of the temperature on the kinetics of growth, cell death and ethanol production in Saccharomyces cerevisiae. These kinetics were experimentally quantified as a function of the temperature and the UV treatment. Continuous cultures were carried out under the simulated conditions and some variants were characterized in very high ethanol performance fermentations in terms of growth, death and production performances. This strategy allowed us to select a variant possessing a better thermal robustness characterized by a lower death rate than the wild type strain under heat stress. However, the reduction of the death rate did not translate into better ethanol production performances

Les insectes sont soumis aux fluctuations thermiques de leur environnement mais disposent d’un panel varié de réponses comportementales, physiologiques et biochimiques pour en minimiser les effets délétères et maintenir leur intégrité physiologique. Ainsi certaines espèces régulent activement leur température interne indépendamment de la température de l’environnement. Si ces insectes peuvent s’affranchir des contraintes thermiques imposées par leur environnement, ceux qui se nourrissent du sang chaud d’hôtes vertébrés endothermes n’ont pas d’autres choix que de se confronter à une situation de stress thermique à chaque prise alimentaire. Le principal objectif de ce travail de thèse est de comprendre comment des insectes hématophages, employant des stratégies alimentaires différentes, gèrent le stress thermique associé au flux massif de chaleur engendré par l’ingestion du repas de sang. Nos résultats montrent que ces insectes ont su s’adapter en développant différentes stratégies de thermorégulation. / Insects are submitted to thermal fluctuations of their environment and have developed a wide ranged panel of behavioral, physiological and biochemical responses, to minimize the subsequent deleterious effects and maintain their physiological integrity. Some species actively regulate their internal temperature independently of the temperature of the environment. If these insects can overcome the constraints imposed by their thermal environment, those that feed on warm-blooded vertebrate hosts have no choice but to confront a situation of thermal stress at each feeding event. The main objective of this work is to understand how bloodsucking insects manage heat stress associated with the massive flow of heat generated by the ingestion of the blood meal. Our results show these insects have developed different strategies of thermoregulation to protect themselves from overheating.

L’étude des rendements en blé a mis en évidence une stagnation apparue dans les années 1990, notamment en France, et principalement lié aux stress hydrique et thermique. Dans ce contexte, améliorer la tolérance du blé européen à ces stress est de première importance. Cette étude avait pour but d’étudier le déterminisme génétique de la tolérance à ces stress chez le blé. Pour ce faire, trois populations de blé tendre du CIMMYT combinant des caractères d’adaptation à ces stress ont été cultivées en conditions irriguée, sèche et stress thermique irriguée plusieurs années. Des caractères physiologiques et agronomiques ont été mesurés sur un réseau de 15 essais. Une méthodologie de caractérisation environnementale a été développée et a permis l’identification de six scenarii de stress au sein du réseau. Une covariable environnementale représentative de chacun a été extraite. L’utilisation des modèles de régression factorielles a permis la décomposition de l’interaction génotype x environnement ainsi que la mise en évidence d’une sensibilité différentielle au stress dans le germplasm. Une recherche de QTL multi-environnementale a conduit à la détection de régions génomiques contrôlant les caractères physiologiques et agronomiques ainsi que leurs interactions avec l’environnement. De la caractérisation environnementale à la détection de QTL, cette étude a abouti au développement d’un outil pour les sélectionneurs permettant l’évaluation du potentiel des génotypes face à une gamme d’environnement, mais aussi à l’identification de régions génomiques impliquées dans le contrôle de la tolérance aux stress hydrique et thermique chez le blé tendre. Ceci pourrait améliorer la tolérance à ces stress au sein du germplasm européen. / A stagnation of wheat yield was reported in France and other countries worldwide since the 1990’s, which incriminated mainly drought and heat stress. Improving the European wheat tolerance to them is of first importance. This study aimed to investigate the genetic determinism of the tolerance to such stresses. Three CIMMYT bread wheat populations combining complementary heat and drought adaptive habits were grown in Northern Mexico under irrigated, drought and heat-irrigated treatments from 2011 to 2013. The trial network comprised 15 trials and both physiological and agronomic traits were scored. First, an environmental characterization methodology was developed and resulted in the identification of six main environmental scenarios in the network. A representative environmental covariate was extracted from each of them. Then, a factorial regression model leaded to the dissection of the genotype-by-environment interaction and highlighted differential stress sensitivity of the germplasm. Finally, a multi-environmental QTL detection resulted in the discovery of genomic regions involved in the control of both physiological and agronomic traits and the study of their sensitivity to the environment. From the environmental characterization to the QTL detection, this study resulted in the development of a tool for breeders which may enable the evaluation of the potential of any genotypes in front of a range of environment, but also the identification of genomic regions involved in the control of the tolerance to drought and heat stress in bread wheat. This may help in improving the tolerance of the European bread wheat germplasm to drought and heat stress.