För att permeabel asfalt skall vara ett bra sätt att ta hand om dagvatten i en stad med allt fler hårdgjorda ytor är det viktigt att den långsiktigt kan infiltrera dagvatten. Då det inte går att undvika att permeabel asfalt utsätts för små partiklar finns det en risk för att den skall sätta igen och förlora sin förmåga att infiltrera dagvatten. Som en skötselåtgärd för att förhindra att den sätter igen kan rengöring med högtryckstvätt och vakuumsugning göras. I detta examensarbete undersöktes det vilken effekt rengöring med högtryckstvätt och vakuumsugning har på permeabel asfalts infiltrationskapacitet. Vidare undersöktes även vilken typ av uppbyggnad av den permeabla asfalten som var mest lämplig för en effektiv infiltration. Litteraturstudie och intervjuer om permeabel asfalt samt infiltrationsförsök har utförts. För att uppbyggnaden av permeabel asfalt hydrologiskt sett skall fungera på ett bra sätt framkom det, i litteraturstudier och intervjuer, att det är viktigt att alla lager i uppbyggnaden verkligen är permeabla och att uppbyggnaden bör anpassas efter rådande förhållanden på anläggningsplatsen. Förhållanden som till exempel bör tas hänsyn till är underliggande jordart och närheten till grundvattenyta. I litteraturstudier och intervjuer framkom det att regelbunden skötsel av den permeabla asfalten är mycket viktig för dess långtidsfunktion att kunna infiltrera dagvatten. Infiltrationsförsöken skedde på två platser med permeabel asfalt i Uppsala; på en parkering vid ett köpcentrum i Gnista och på en lokalgata i Gränby backe. Infiltrationskapaciteten uppmättes innan och efter rengöring med högtryckstvätt och vakuumsugning på den permeabla asfalten. Vid Gnista kunde ingen infiltration uppmätas varken före eller efter rengöring. I Gränby backe ökade infiltrationskapaciteten från 0,47–0,71 mm/min till 1,24–12,23 mm/min efter rengöring. Denna infiltrationskapacitet visar på att den permeabla asfalten i Gränby backe kunde infiltrera dimensionerade regn med allt från 7 års återkomsttid till över 1000 års återkomsttid och med 10 minuters varaktighet. Det framkom i litteraturstudien att högtryckstvätt och vakuumsugning i olika studier har haft en positiv effekt på att upprätthålla och till viss del återskapa infiltrationskapaciteten hos permeabel asfalt. Vid infiltrationsförsöken i detta examensarbete påvisades även en positiv effekt, till viss del, av denna rengöringsmetod på infiltrationskapaciteten. Utifrån detta skulle rengöring med högtryckstvätt och vakuumsugning kunna rekommenderas som skötselmetod på permeabel asfalt.  Resultaten i Gnista skiljde sig från de i Gränby backe då det i Gnista varken före eller efter rengöring fanns någon infiltrationskapacitet. Det skiljer sig endast ett år i ålder mellan de båda försöksplatserna, de har skötts på liknande sätt sedan anläggning och litteratur visar på att rengöring med högtryckstvätt och vakuumsugning skall ha en effekt på infiltrationskapaciteten. Detta kan tyda på att bristen på infiltrationsförmåga i Gnista kan bero på något annat än igensättning av den permeabla asfalten. / It is important that permeable asphalt is able to infiltrate storm water in the long-term for it to be a viable alternative for handling storm water. Permeable asphalt will always, in some way, be exposed to fine particles and therefore there is a risk that clogging will occur and that the permeable asphalt will lose its ability to infiltrate storm water. As a mean of maintenance cleaning with high pressure washing and vacuum cleaning can be done to prevent clogging. In this master thesis the effect of high pressure washing and vacuum cleaning on the infiltration capacity of permeable asphalt was examined.  Also, the most suitable type of substructure for effective infiltration was examined. A literature study and interviews were conducted in combination with infiltration experiments on two locations with permeable asphalt in Uppsala. Literature studies and interviews state that for the substructure to be hydrologically well functioning it is important that every layer in the substructure really is permeable. The substructure should also be adapted to the conditions at the site where it is built. For example, conditions to take into consideration are soil type and highest level of groundwater. All through literature and interviews regular maintenance is said to be very important for the long-term functioning and infiltration of permeable asphalt. The infiltration experiments were conducted at a parking lot at a shopping center in Gnista and a small local street in Gränby backe. The infiltration capacity of the permeable asphalt was measured before and after maintenance with high pressure washing and vacuum suction. No infiltration capacity could be measured before or after maintenance at Gnista. In Gränby backe the infiltration capacity was 0,47-0,71 mm/min before maintenance and 1,24-12,23 mm/min after. According to this infiltration capacity the permeable asphalt in Gränby backe can infiltrate design rains with return periods of 7 years to over 1000 years and with a duration of 10 minutes. In research, high pressure washing, and vacuum suction were found to be able to maintain, and in some cases restore, infiltration capacity. In this master thesis’ infiltration experiments a positive effect on infiltration capacity by cleaning with high pressure washing and vacuum suction was partially found. According to this high pressure washing and vacuum suction can be recommended as a maintenance method on permeable pavement. The results from the two experiment sites stood apart from each other as Gnista had no infiltration capacity neither before nor after cleaning. In age, the two sites only differ by one year, and since they were built they have received similar maintenance and literature shows that high pressure washing and vacuums suction have an effect on infiltration capacity. This might indicate that the lack of infiltration capacity at Gnista might be due to something else than clogging.

L'essor que connaît aujourd'hui la gestion intégrée des eaux pluviales s'accompagne d'un recours croissant à des techniques favorisant l'infiltration de l'eau “à la source”, disséminées sur des bassins versants urbains. Néanmoins, de telles pratiques suscitent des interrogations sur la capacité du sol à jouer le rôle de “filtre” vis-à-vis des polluants présents dans le ruissellement. Ces travaux de thèse s'intéressent à la contamination du sol par les métaux et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans ces dispositifs, avec trois objectifs : (i) évaluer les niveaux et l'étendue spatiale de la contamination, (ii) mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le devenir de ces contaminants dans le sol des ouvrages, et (iii) proposer des recommandations sur la conception et la maintenance de ces installations, afin de leur assurer un fonctionnement épuratoire durable.La première partie du travail consiste en une série d'investigations expérimentales sur dix sites d'étude aux caractéristiques contrastées, en service depuis plus de dix ans. Cette phase donne lieu à des cartographies de la contamination superficielle en éléments traces métalliques, puis à des profils verticaux de métaux et HAP, accompagnés de différentes variables explicatives. La distribution spatiale des métaux en surface, qui est toujours structurée autour de la zone d'arrivée de l'eau, porte la signature du fonctionnement hydraulique réel des dispositifs, et révèle le caractère non-uniforme de l'infiltration lors des événements pluvieux courants, qui représentent la plus grande partie du flux polluant à l'échelle annuelle. Dans la zone la plus contaminée des ouvrages, métaux et HAP présentent un enrichissement significatif sur 10 à 40 centimètres de profondeur. La rétention des contaminants résulte de la combinaison de processus physico-chimiques (adsorption) et mécaniques (sédimentation et filtration) ; leur importance relative peut être quantifiée grâce au déficit de zirconium dans le sédiment urbain par rapport au bruit de fond géochimique local. La variabilité inter-sites des niveaux de contamination s'explique à la fois par les capacités de rétention du sol et par les flux de polluants issus du bassin versant d'apport. Bien que les teneurs de surface excèdent, sur certains sites, les seuils internationaux de remédiation du sol pour des espaces “multifonctionnels”, la zone concernée représente — latéralement et verticalement — une région assez limitée dans les ouvrages.La seconde partie de la thèse consiste en une approche de modélisation, dont la finalité est de décrire l'évolution à long terme de la contamination du sol, et d'évaluer l'incidence de différentes pratiques de conception ou de gestion. Une analyse de sensibilité est d'abord mise en œuvre afin d'identifier les “éléments-clés” dans la description du système, et d'orienter le choix du modèle. Les résultats montrent qu'une mauvaise estimation de la dispersivité ou de l'isotherme d'adsorption du sol est susceptible de biaiser significativement la prévision des profils de contamination. Dans la suite du travail, on propose une méthode visant à décrire l'infiltration non-uniforme et la filtration des polluants particulaires. Le modèle ainsi construit est validé via une comparaison entre mesures et simulations sur l'un des sites d'étude faisant l'objet d'une nouvelle caractérisation approfondie. Enfin, une analyse de scénarios illustre les bénéfices d'un amendement de l'horizon superficiel par un matériau adsorbant, ainsi que d'une répartition homogène des flux d'eau en surface, en matière de durée de vie des installations et de fréquence d'intervention. / Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) are increasingly used for stormwater management. However, the generalization of runoff infiltration in urban watersheds raises some concerns regarding the soil's ability to retain ubiquitous micropollutants. The present work addresses soil contamination by trace metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in such infiltration devices, with the aims of: (i) appraising the levels and spatial extent of soil contamination, (ii) better understanding the mechanisms which govern the fate of contaminants in these systems, and (iii) identifying design and maintenance guidelines which may enhance long-term pollutant control through SUDS.The first part of the study consists in a series of experimental investigations in ten contrasting study sites, which have been in operation for more than ten years. The two-stage methodology successively leads to cartographies of metal contamination in the surface soil, and vertical profiles of metal and PAH concentrations, along with different explanatory variables. The spatial distribution of trace metals in the upper horizon displays a systematic structure with respect to the inflow area, and bears the time-integrated signature of the infiltration fluxes and flow pathways at the surface. In the most contaminated zone of the facilities, a significant enrichment of metals and PAHs is detectable until 10 to 40 cm depth. Contaminant retention results from the combination of different physicochemical and mechanical processes (resp. sorption and sedimentation/filtration), the contribution of which can be assessed via the zirconium deficit in urban sediment in comparison to the soil's geochemical background. The inter-site variability of contamination levels is attributable to (i) differences in the soil's retention capacities, and (ii) differences in pollutant loads from the watershed. Although surface contents may exceed intervention thresholds for “multi-functional” spaces in several study sites, the area which would require soil remediation is laterally and vertically limited.These experimental assessments are complemented by a modelling approach, to describe the long-term evolution of soil contamination, and to evaluate the effect of various SUDS designs and maintenance operations. A sensitivity analysis is first carried out so as to identify the “key elements” in the system description: the results show that a wrong estimation of the soil's dispersivity or sorption isotherm is likely to induce significant biases in the predicted contamination profiles. A method is then proposed to describe non-uniform water infiltration fluxes, and the filtration of particle-bound contaminants. The model is validated via a comparison between measured and predicted metal profiles in one of the study sites, where a comprehensive soil characterization is undertaken. Finally, a “scenario analysis” illustrates the benefits of (i) using soil enrichment products with enhanced sorption capacities, and (ii) facilitating water spreading at the surface, in terms of “lifespan” of the devices and maintenance requirements.

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Big-box Urban Mixed-use Developments (BUMDs) are mixed-use developments with a consistent typology that incorporate big-box retailers in a central role. They are also becoming popular in the Atlanta region. While BUMDs serve an important economic role, they also cause issues with stormwater. This study explores integrating a on-site approach to stormwater management into the design of BUMDs. These new designs not only significantly lower the amount of stormwater run-off, but also have potential for better, more attractive, developments.

This thesis is focused on the evaluation of the infiltration capacity of soil in Lužický stream catchment in the cadastral unit Babice u Netolic. For the field measurement was used compact pressure infiltrometer. In the selected area were performed 26 infiltration experiments in 5 locations. In this thesis was compared infiltration rate at locations with different BPEJ (estimated pedologic-ecological unit), respectively HSP (hydrologic soil groups). Furthermore was also evaluated infiltration capacity on soils with different land use. To evaluate infiltration were used empirical infiltration equations according to Philip. Then the measured values were processed in tabular and graphical way. The highest infiltration rate was measured on arable land (L5). The classification of soil was examined according to HSP. Furthermore were also described in detail the principles of infiltration measurement using compact pressure infiltrometer.

In the Heretaunga Plains area, New Zealand, parts of the low lying land adjacent to the Awanui Stream are flooded annually. The purpose of the study was to find out if the flooding water trapped in the field gets sealed off from infiltrating the soils in any way (and hence is unavailable to replenish the stream flow). What would be the effects on stream base flow if pumping of the flooding water would occur direct to the stream after wet periods and heavy rains? The method of this project was to investigate the infiltration, soil type and ground water conditions in the field. The infiltration was investigated with the help of a double ring infiltration test, a disc permeameter that measures hydraulic conductivity, and pvc-pipes with core samples were saturated for an extended period of time to find out if there was any kind of seal forming during saturated conditions. The soil in field was sampled and a soil fraction test was performed. The potential evaporation was measured with an evaporation pan and calculated with data from a climate station in field. With flow records from the outgoing drain, potential evaporation and precipitation data a rough water balance model could be created. The results showed that there is no seal formed in the top part of the soil profile preventing the water from infiltrating. The flooding water is the result of a rising groundwater table, on top of a thick clay layer seven meters down in the ground. Once the flooding water has drained and evaporated away there is nothing wrong with the infiltration rate in field. There are very fine particles of silt and clay in the top soil that decreases the infiltration rate and can cause a separation of the ground water and the water above land surface. When the project was finished two recommendations could be given to the landowner to solve the problem with the flooding. The recommendations were to either re-level the field to get the surface water to runoff towards the drains instead of being trapped in the current low parts of the field. Or to dig drains from Horonui Drain and Cambell Drain into the field's low parts and in that way drain the flooding water away. / I området Heretaunga Plain, Nya Zeeland, översvämmas årligen delar av det låglänta området kring floden Awanui Stream. Syftet med den här studien var att ta reda på om översvämningsvattnet i fält hindras från infiltration i jorden på något sätt (och kan där med inte bidra till basflödet till floden). Vad skulle effekterna på basflödet i floden bli om översvämningsvattnet pumpades direkt ut i floden efter våtare perioder och större regn? Metoden för att svara på detta var att undersöka infiltrationen, jordtyperna och grundvattenförhållandena i fält. Infiltrationen undersöktes med hjälp av dubbelring infiltrationstest, en s.k. disc permeameter användes för att undersöka den hydrauliska konduktiviteten och PVC-rör med borrkärnor ställdes under vattenmättadeförhållanden en längre tid för att ta reda på om infiltrationen då skulle förändras. Jorden i fält provtogs och ett kornstorlekstest utfördes. Den potentiella avdunstningen mättes med en evaporationspanna och beräknades med data från en klimatstation i fält. Med flödesdata från diket med utgående vatten, potentiell avdunstning och nederbördsdata kunde en grov uppskattning av vattenbalansen i fält göras. Resultaten visade att det inte bildas någon hinna som hindrar infiltrationen av vatten i den övre delen av jordprofilen. Översvämningen är ett resultat av en stigande grundvattenyta, som stiger från ett tjockt lager av lera 7 meter ner i marken. När vattnet har dräneras och avdunstat bort är det ingenting som hindrar infiltrationen i fält. Det är dock väldigt fina partiklar av silt och lera i den översta torvjorden som minskar infiltrationshastigheten och kan orsaka en separation av grundvatten över och under markytan. När projektet var avslutat kunde två rekommendationer ges till landägaren om hur man kan lösa problemet med översvämningen. Rekommendationerna var att antingen skulle landägaren kunna göra om marknivån i fält för att få ytvattnet att rinna av mot dikena istället för att vara fast i de lägre partierna av fältet. Eller att gräva diken in i fältet från Horonui Drain och Cambell Drain in till de lägre översvämmade områdena i fält för att dränera bort översvämningsvattnet.

Les ouvrages d’infiltration sont utilisés aujourd’hui comme alternative au réseau d’assainissement pluvial. Ils réduisent les risques d’inondation, contribuent au piégeage de polluants permettant ainsi de limiter la détérioration des milieux aquatiques superficiels et sont reconnus pour recharger la nappe. Cependant leur fonctionnement est affecté à long terme par le colmatage réduisant leur performance hydraulique. Par ailleurs, lorsque ces systèmes sont munis de surverses, le colmatage limite les capacités d’interception des flux d’eau et des polluants. Le colmatage constitue donc un facteur clé dans le fonctionnement de ces systèmes tant sur un plan hydraulique qu’environnemental. Cette thèse a pour but de mesurer et de comprendre l’évolution spatio-temporelle du colmatage à une échelle mégascopique (l’échelle d’un ouvrage extensif type) et diachronique (sur le moyen terme). Pour cela une approche expérimentale a été menée au sein de l’Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU) selon trois niveaux d’investigation sur un même ouvrage en conditions réelles de fonctionnement. Un premier niveau (échelle globale) a consisté à mesurer l’évolution temporelle du système pris dans son ensemble grâce au calage de la résistance hydraulique au sens du modèle de Bouwer. Cette étape a nécessité de mesurer et d’exploiter des données en continu de flux d’eau, de sédiments, de matière organique apportés au système, les facteurs environnementaux comme la température d’air et d’eau, l’ensoleillement, le rythme, la nature des événements pluvieux, la saisonnalité, etc., sur un historique de 8 ans. Cette étape nous a mis en évidence la dynamique d’évolution du colmatage et le rôle bénéfique du développement de la végétation sur le maintien de la capacité d’infiltration globale d’un ouvrage de ce type. Un deuxième niveau (échelle semi globale) nous permettant de distinguer l’évolution temporelle du colmatage du fond et des parois, a montré leur dynamique respective (rapide pour le fond, très lente voire inexistante pour les parois). Un troisième niveau (échelle locale) a tenté d’explorer la répartition spatiale et temporelle du colmatage sur le fond des ouvrages sur des échelles de temps plus courtes. L’approche expérimentale a consisté à caractériser la couche colmatante en terme physico chimique et dans une moindre mesure biologique (conductivité hydraulique à saturation, granulométrie, porosité, masse volumique apparente, masse volumique des particules solides, matière organique, biomasse). Elle a analysé également le rôle de la végétation spontanée sur la capacité d’infiltration vis-à-vis des caractéristiques de l’horizon de surface et la structure aérienne et racinaire des espèces présentes. Enfin des analyses statistiques de l’évolution du colmatage à chaque échelle a mis en évidence la part potentiellement importante du colmatage biologique sur ces systèmes alors que, pour la gestion des eaux pluviales ce facteur est généralement négligé. / Infiltration systems are widely used in urban stormwater management. Infiltration systems can significantly reduce stormwater discharges to sewer systems and may therefore contribute to the mitigation of flooding problems. In addition infiltrations systems also help to reduce stormwater pollution, contribute to groundwater recharge and to water course protection. However, the hydraulic performance of infiltration systems decreases with time due to clogging effects. A clogged layer limits the transfer of water and pollutants in infiltrations systems. The clogging has a significant impact on the long-term performance of a system. The aim of this PhD study is to better understand spatio-temporal evolution of clogging on large infiltration systems involving different scales: (i) global scale, (ii) semi - global (the whole bottom and the sides), (iii) local scale (different part of the bottom). An experimental approach has been carried out in the OTHU project (Field Observatory on Urban Hydrology, www.othu.org). An infiltration basin studied with three investigations scales under real operation conditions. In a global scale, the temporal clogging evolution of the system was evaluated in terms of hydraulic resistance. This clogging indicator was calibrated from Bouwer’s model. Water inflow, TSS, COD, climatic factors (air temperature and solar energy), stormwater events and season variations were measured. The results describe the clogging evolution over 8 years. It indicates that vegetation may have a beneficial effect on infiltration capacity. In a semi global scale study, clogging evolution at the bottom and the sides, of the infiltration basin was evaluated. It proved that the clogging mainly occurs at the bottom, that is, the bottom was clogged fast and the clogging at the sides was slow. Local scale study, spatial distribution and temporal evolution of clogging at the bottom with in situ measurements during 2 years were investigated. The study characterised the clogged layer, with bio physic-chemical parameters (i.e., were investigated hydraulic conductivity, porosity, grain size, dry bulk density, organic matter and biomass content). This analyze compared also the role of different types of spontaneous vegetation. The result showed the high spatio-temporal heterogeneity on the infiltration surface. Statistical analysis of clogging evolution in each scale showed the significant impacts of biological activity in the stormwater infiltration basins, which was often neglected

Ces travaux de thèse ont eu deux objectifs: i) le développent de systèmes nanofluidique en utilisant une méthode non-lithographique, peu chère et facilement transposable à l'échelle industrielle ii) la compréhension des phénomènes nanofluidiques au travers des études expérimentales et de modélisation. Des couches minces mesoporeuses, en particulier des structures planaires avec des nanopiliers, ont été utilisé pour des études sur l'infiltration capillaire des liquides dans espaces confiné au niveau nanométrique. En plus des premiers tests pour des applications plus complexes comme des séparations et réactions nanoconfiné. Des structures mesoporeuses non-organisés ont aussi été étudiées pour déterminer la relation entre la nanostructure et la vitesse de remplissage capillaire. A été aussi démontré que pour des porosités avec des forts rétrécissements le remplissage capillaire se produit par l'intermédiaire d'une phase vapeur. Les échantillons ont été préparés par dip-coating. Une méthode de préparation basé sur une substitution de la plus grande parte de la solution à déposer par un fluide inerte a été développé. La méthode permet de réduire fortement le cout de procédé et, par conséquence, de faire des dépôts sur plus grande surface. Un effort dans la modélisation des phénomènes nanofluidiques a aussi été fait pendant cette thèse. Une méthode de simulation qui permet de décrire adéquatement les interactions hydrodynamiques dans un système nano a été utilisée pour simuler un flux électro-osmotique. La méthode, Stochastic Rotational Dynamics, a été valide par confrontation avec des résultats connus et l'influence des certains paramètres de simulation évaluée dans le détail. / This thesis had a dual purpose: i) the development of nanofluidic devices through not lithographic, cheap and scalable bottom-up approach ii) the understanding of nanofluidic phenomena both through experiments and simulations. Mesoporous thin films, in particular Pillared Planar Nanochannels (PPNs), were prepared and utilized to study the capillary infiltration of liquids in nanostructures and have been tested for future nanofluidic applications like separations and nanoconfined reactions. Non organized mesoporous films have also been studied to determine the relationship between nanostructure characteristics and infiltration speed. It has been also demonstrated that in the case of porosities with reduced bottle-necks capillary penetration is performed through a vapor mediated mechanism The samples were prepared by dip-coating. A novel method of preparation based on the substitution of a large part of the deposing solution in dip-coating with an inert fluid has been developed in order to strongly reduce the fabrication costs and allow the preparation of larger samples. Moreover advancement in control of the dip-coating technique in “acceleration-mode” to produce thickness gradients has been developed and some potential application linked to fluidics shown. Finally a part of the effort of this thesis has been placed in the modeling of the electro-osmotic phenomenon in nanostructures through a rather novel simulation method, Stochastic Rotational Dynamics, which takes into account the hydrodynamics and the other interactions inside a nanofluidic system. Validations of the method and further investigations in particular nanofluidic conditions have been performed.

Dans un contexte où l’utilisation de substance chimique en agriculture est de plus en plus décriée, il est nécessaire de trouver de nouveaux moyens de protections des cultures, tout en maintenant une agriculture économiquement performante. Ainsi, un peptide extrait de graines de pois nommée PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), présentant une forte activité insecticide a été découvert au laboratoire. PA1b provoque chez l’insecte modèle du laboratoire, le charançon des céréales Sitophilus sp., 100% de mortalité. L’action de PA1b passe par la liaison à un récepteur présent chez les charançons sensibles, et cette liaison est absente chez les charançons résistants ; ce récepteur est une pompe à protons nommée V-ATPase pour Vacuolar ATPase. Elle est composée de 14 sous-unités organisées en deux complexes protéiques nommés V1 (intracellulaire) et V0 (membranaire). PA1b agissant à l’extérieur des cellules seul le complexe V0 composé des sous - unités a, c, d et e pouvait être le récepteur de notre toxine. Mon premier objectif de thèse a été de comprendre le mode d’action de PA1b, en identifiant d’abord la ou les sous-unités réceptrices de PA1b, puis en recherchant par quel mécanisme la liaison de PA1b induit la mort de l’insecte. Nous avons cloné chez le charançon tous les gènes du complexe Vo, puis j’ai complémenté des levures déficientes pour ces gènes. Ce travail, mais également celui réalisé en collaboration avec d’autres équipes, nous a permis de proposer un modèle de perception de PA1b qui implique les sous-unités c et e de la V-ATPase, et permet également de proposer des hypothèses pour les différentes résistances au peptide. Par des méthodes d’immunohistologie et de biochimie, j’ai ensuite montré de manière concordante que la liaison de PA1b à la V-ATPase déclenche un phénomène d’apoptose qui conduit à la mort cellulaire, puis à la mort de l’insecte. Le second objectif de ma thèse était la mise en place d’un système de production hétérologue de PA1b. Grâce à l’expression hétérologue par infiltration de feuille de tabac (Nicotiana benthamiana) nous avons mis en place une technique de production efficace de la protéine PA1b. Après avoir déterminé les parties du gène codant PA1b nécessaires à la production de la protéine fonctionnelle, le système de production a ensuite été simplifié par la construction d’une cassette d’expression. Ainsi six isoformes de PA1b présents chez le pois, dont l’activité individuelle restait inconnue, ont été produits et testés, permettant de montrer que le caractère amphiphile de PA1b était primordial pour son activité. Par cette technique nous avons mis en place un système de production rapide et efficace permettant de tester la toxicité de nombreux isoformes de PA1b. Ce travail sera une aide précieuse pour le projet, dont l’un des objectifs majeurs est l’optimisation de PA1b, c’est-à-dire de déterminer la séquence peptidique la plus toxique. / In a context where chemical pesticides are increasingly criticized, new crops protection strategies that do not affect agriculture efficiency and productivity, must be found. A new peptide extracted from pea (Pisum sativum) seeds, named PA1b (Pea albumin 1 subunit b), and showing an important insecticide activity, was discovered in our laboratory. PA1b induces 100% mortality in our insect model, the cereal weevil, Sitophilus sp. PA1b acts by interacting with a receptor, this interaction is present in sensitive weevil, but not present in resistant weevil. The PA1b receptor is the vacuolar H+ -ATPase (V-ATPase), a multi-subunit proton pump. The V-ATPase is composed of two functional protein complexes named V1 (in the cytoplasm) and V0 (in the membrane). As PA1b is known to act only in the extracellular space, thus only the V0 complex, composed on the subunits a, c, d and e, can be the toxin receptor. The first aim of this thesis is to understand the PA1b mode of action: (i) identifying the subunit(s) acting as the receptor(s), (ii) understanding how the binding mechanism of PA1b on the receptor lead to the insect death. The weevil V0 complex genes were cloned and we used them for a functional complementation tests in yeasts strains deleted for these genes. Our data, together with those obtained through collaboration, lead to the proposal of model for the PA1b perception signaling which would involve subunits c and e of the V-ATPase. The identification of the PA1b receptor allows us to propose a hypothetical model explaining resistance mechanism to the peptide. Using immunohistology and biochemistry methods, we showed that PA1b-receptor interaction induced cells death triggered by apoptosis thus leading to insect death. The second aim of this thesis was the development of a PA1b heterologous production system. Through Agrobacterium tumefaciens mediated transient transformation by infiltration in tobacco leaves (Nicotiana benthamiana) an efficient system for PA1b production was developed. After identification of the essential parts of the complex PA1 gene necessary for efficient PA1b production, we created an expression cassette to simplify our heterologous production system. We used the system to produce six pea PA1b-isoformes with unknown individual toxic activity. The isoforms toxicity was experimentally determined, and our data showed that the amphiphilic properties of PA1b are essential for the maintenance of its toxic activity. For the first time, we implemented a quick and efficient production system, which allows to produce and to test many naturals or synthetics PA1b isoforms. This work will be useful to achieve one of the most important objectives of the research on this molecule, that is the identification.

Les composites à matrice céramique ou carbone sont des matériaux de structure pour des applications à haute température. Ils sont constitués d’un renfort fibreux enrobé d’une matrice. Cette dernière est obtenue par infiltration chimique en phase vapeur. Une préforme, fibreuse avec ou sans une première matrice, est placée dans un four dans lequel sont injectés des gaz dit précurseurs. Leur réaction hétérogène avec la préforme est à l’origine de la formation matricielle. Cette thèse a été motivée par la nécessite d’optimiser via une modélisation numérique ce procédé long et couteux.Deux programmes ont dès lors été développés puis validés. Chacun est dédié à une échelle spécifique du matériau : microscopique (fibre) et macroscopique (composite). Ils s’appuient tout deux sur des algorithmes de marche aléatoire et requièrent des représentations tridimensionnelles de la préforme. Dans cette optique, des images tomographiques de préformes de composites C/C et SiC/SiC ont été acquises aux deux échelles souhaitées. Le code propre à l’échelle de la fibre a été utilisé pour déterminer les propriétés géométriques, diffusives et réactives dans plusieurs zones de l’image afférente. Des corrélations entre ces propriétés ont été mises en place puis intégrées dans le code afférent à l’échelle du matériau pour infiltration numérique.Dans le cas des composites C/C, cet outil multi-échelle a été couplé à un modèle chimique permettant d’anticiper, en fonction des conditions opératoires, l’épaisseur ainsi que la microtexture de la matrice déposée. Des prévisions de densification ont également été employées pour qualifier et comparer l’infiltrabilité de plusieurs composites SiC/SiC. / Ceramic matrix composites and carbon fiber reinforced carbon composites are dedicated to high temperature applications. They consist of a stacked fibrous arrangement, woven or not, coated by matrix. Chemical Vapor Infiltration (CVI) is a popular processing route, where a preform (fibers with or without a first matrix) is placed inside a furnace. Precursor gases are then injected, enter the preform and generate matrix formation by heterogeneous chemical reaction. Experimental optimization of CVI is long and costly, triggering the need for a numerical model. The creation of such a tool has been the objective set for this thesis.Two programs were first developed and validated. Each is linked to a specific material scale: microscopic (fiber scale) and macroscopic (composite scale). Both are based on a random walk algorithm and require three-dimensional representations of the preform. X-ray tomography scans of C/C and SiC/SiC composite preforms were performed at the desired scales. The fiber scale program was used for computation of geometrical, diffusive and reactive properties in several regions of the relevant image. Correlations between these properties are created and inserted into the composite scale program for numerical infiltration.In the case of C/C composites, this multi-scale tool was coupled to a chemical model for anticipation, under various operating conditions, of matrix thickness and microtexture. Densification previsions on different SiC/SiC composites enabled their direct measure and comparison of their infiltrability.