Ce projet concerne l’analyse de l’organisation de populations microbiennes au sein de structures complexescomme des dépôts ou des biofilms.Si différentes méthodes sont couramment utilisées pour étudier la structure globale ou l’organisation localed’agrégats microbiens, peu d’entre elles, permettent de réaliser simultanément ces deux analyses et nécessitentsouvent des étapes de préparation qui pénalisent un approche in-vivo et en dynamique.La stratégie proposée repose sur la mise en oeuvre de micro-organismes modèles autofluorescents (levures etbactéries) qui peuvent sans aucun traitement être directement observés en microscopie. La similitude ducomportement physiologique de ces micro-organismes avec celui des souches sauvages a été démontrée. Lesconditions d’acquisition des images en microscopie confocale ont été optimisées. Des dispositifs spécifiques ontété conçus pour générer des dépôts ou des biofilms dans des conditions de contraintes physico-mécaniques etbiochimiques maîtrisées afin d’analyser simultanément leurs caractéristiques et les performances du bioprocédé.Ainsi les dépôts ont pu être observés in-vivo et in-situ grâce à une cellule de filtration équipée d’une fenêtred’observation. Le développement d’un biofilm mixte composé de levures et bactéries modèles autofluorescentes,dans un réacteur continu spécifique, a également été analysé par microscopie confocale.Le traitement et les analyses des images acquises au cours des expériences ont été effectués et ont permisd‘étudier la structure globale des agrégats biologiques et l’organisation tridimensionnelle des micro-organismesdans ces structures, en mettant par exemple en évidence une répartition hétérogène de deux populationsmicrobiennes dans des dépôts de filtration ou en comparant la capacité de deux espèces microbiennes à formerdes biofilms en étudiant in-vivo la dynamique de croissance de chacune des espèces.Cette étude a en outre permis de démontrer la pertinence de la méthode proposée, de définir ses limites et sonchamp d’application / The aim of this project deals with the analysis of both the local localization and organization of microbialpopulations in complex structures such as deposits or biofilms. Different methods are currently used to study theglobal structure or the local organization of biological aggregates but only few ones allow a combined approachand require ex-vivo analyses.The proposed strategy uses home-designed model auto-fluorescent microorganisms (yeasts and bacteria) whichcan be observed directly by microscopy without any dying treatment. Same kinetic behaviours between the wildstrains and their recombinant ones were demonstrated. The confocal microscopy conditions were optimised.Specific devices were developed to generate deposits or biofilms under controlled and known hydrodynamic orbiochemical environment conditions to analyse their structure characteristics linked to the bioprocessperformances.Based on the proposed strategy, microbial deposits modifications due to pressure constraints were observed invivo in a specifically designed flow cell equipped with a microscope glass coverslip. A mixed biofilm composedby our auto-fluorescent yeasts and bacteria was carried out in a specific bioreactor allowing the sampling ofbiofilms during their development to be analysed by confocal microscopy. Both studies have shown specificorganisations between yeasts and bacteria mainly depending on their size and on the environment conditions(pressure or dilution rate).These studies of both local and global structure of biological aggregates and 3D-organisation of themicroorganisms within theses structures demonstrated the relevance of the proposed strategy defining the limitsof the method and proposing various perspectives for further characterizations and applications

L’objectif de cette thèse est la modélisation et l’étude de systèmes biologiques par l’intermédiaire de méthodes formelles. Les systèmes biologiques démontrent des comportements continus mais sont aussi susceptibles de montrer des changements abrupts dans leur dynamiques. Les équations différentielles ordinaires, ainsi que les systèmes dynamiques hybrides, sont deux formalismes mathématiques utilisés pour modéliser clairement de tels comportements. Un point critique de la modélisation de systèmes biologiques est la recherche des valeurs des paramètres du modèle afin de reproduire de manière précise un ensemble de données expérimentales. Si aucun jeu de paramètres valides n’est trouvé, il est nécessaire de réviser le modèle. Une possibilité est alors de remplacer un paramètre, ou un ensemble de paramètres, définissant un processus biologique par une fonctiondépendante du temps.Dans le cadre de cette thèse, nous exposons tout d’abord une méthode pour la révision de modèles hybrides. Pour cela, nous proposons une approche gloutonne appliquée à une méthode de contrôle optimal utilisant les mesures d’occupations etla relaxation convexe. Ensuite, nous étudions comment analyser les propriétés dynamiques d’un modèle à temps discret en utilisant la simulation ensembliste. Dans cet objectif, nous proposons deux méthodes basées sur deux outils mathématiques.La première méthode, qui se repose sur les polynômes de Bernstein, est une extension aux systèmes dynamiques hybrides, de l’outil de calcul ensembliste Sapo [1]. La seconde méthode utilise les représentations de Krivine-Stengle [2] pour permettre l’analyse d’atteignaiblité de systèmes dynamiques polynomiaux. Enfin, nous proposons aussi une méthodologie pour générer des systèmes dynamiques hybrides modélisant des protocoles biologiques expérimentaux. Les méthodes précédemment proposées sont appliquées sur divers études biologiques. Nous étudions tout d’abord un modèle de la production d’hémoglobinedurant la différentiation des érythrocytes dans la moelle [3]. Pour permettre la construction de ce modèle, nous avons dans un premier temps généré un ensemble de jeux de paramètres valides à l’aide d’une méthode de type Monte-Carlo. Dans un second temps, nous avons appliqué la méthode de révision de modèle afin de reproduire plus précisément les données expérimentales [4]. Nous proposons aussi un modèle préliminaire des effets à faibles doses du Cadmium sur la réponse du métabolisme à différentes étapes de la vie d’un rat. Enfin, nous appliquons les techniques d’analyse ensembliste pour la validation d’hypothèses sur un modèle d’homéostasie du fer [6] dans le cas où des paramètres varient dans de larges intervalles.Dans cette thèse, nous montrons aussi que le protocole associé à l’étude de la production d’hémoglobine, ainsi que le protocole étudiant l’intégration du Cadmium durant la vie d’un rat, peuvent être formalisés comme des systèmes dynamiques hybrides, et servent ainsi de preuves de concepts pour notre méthode de modélisation de protocoles expérimentaux / The purpose of this thesis is the modelling and analysis of biological systems with mechanistic models (in opposition with black-box models).In particular we use two mathematical formalisms for mechanism modelling: hybrid dynamical systems and polynomial Ordinary Differential Equations (ODEs).Biological systems modelling give rise to numerous problem and in this work we address three of them.First, the parameters in the differential equations are often uncertain or unknown.Consequently, we aim at generating a subset of valid parameter sets such that the models satisfy constraints deducted from some experimental data.This problem is addressed in the literature under the denomination of parameter synthesis, parameter estimation, parameter fitting, or parameter identification following the context.Then, if no valid parameter is found, one solution is to revise the model. This can be done by substituting a law in place of a constant parameter.In the literature, models with uncertain parts are known as grey models, and their studies can be found under the term of model identification.Finally, it may be necessary to ensure the correctness of the built models using validation, or verification, methods for a continuous over-approximation of the determined valid parameters.In this thesis we study the parameter synthesis problem, in the Haemoglobin production model case study, using an adaptation of the classical method based on Monte-Carlo sampling, and numerical simulations.To perform model revision of hybrid dynamical systems we propose an iterative scheme of an optimal control method based on occupation measures, and convex relaxations.Finally, we assess the quality of a model using set-based simulations, and reachability analysis.For this purpose, we propose two methods: the first one, which relies on Bernstein expansion, is an extension for hybrid dynamical systems of the reachability tool sapo , while the other uses Krivine-Stengle representations to perform the reachability analysis of polynomial ODEs.We also provide a methodology to generate hybrid dynamical systems modelling biological experimental protocols.All of these proposed methods were applied in different case studies.We first propose a model of haemoglobin production during the differentiation of an erythrocyte in the bone marrow.To develop this model we first applied the Monte-Carlo based parameters synthesis, followed by the model revision to correctly fit to the experimental data.We also propose a hybrid model of Cadmium flux in rats in the context of an experimental protocol, as well as a preliminary study of the effect of low dose Cadmium on a Glucose response.Finally, we apply the reachability analysis techniques for the validation on large parameters set of the iron homoeostasis model developed by Nicolas Mobilia during his Phd.We note the haemoglobin production model, as well as the glucose reponse model can be formalised, in their experimental context, as hybrid dynamical systems. Thus, they serve as proof of concept for the methodology of biological experimental protocols modelling.

La canne à sucre (Saccharum officinarum) est cultivée dans plus de 100 pays, dans le monde entier avec une production totale moyenne de 170 millions de tonnes de sucre qui a un impact économique profond sur les questions sociales et gouvernementales. En ce qui concerne les problèmes phytosanitaires, il existe un ensemble de maladies et de ravageurs qui réduisent la productivité de la canne à sucre, y compris les Lépidoptères foreurs des tiges qui causent des dégâts et pertes importantes, ce qui est le cas au Panama, contexte de cette thèse. Ce travail décrit la bioécologie des foreurs au Panama, ainsi que l'utilisation de différentes pratiques agricoles pour réduire les infestations de ces ravageurs. La thèse est divisée en six objectifs spécifiques qui constituent 8 chapitres différents. Après avoir présenté le contexte général (chapitre 1), le premier objectif était de faire un état de l’art des résultats obtenus en lutte intégrée contre les foreurs de la canne à sucre Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae), Elasmopalpus lignosellus (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae) et Telchin licus (Drury) (Lepidoptera: Castniidae) en Amérique qui compile 221 références de 1933 à 2017 (chapitre 2). Le deuxième objectif était d'identifier les principales espèces de Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae). Cette recherche a utilisé la morphologie externe et les organes génitaux, par comparaison avec ceux de l’espèce connue Diatraea saccharalis et a permis de confirmer que Diatraea tabernella Dyar était la principale espèce de foreur au Panama (chapitre 3). Le troisième objectif était de déterminer l'entomofaune associée aux foreurs, en utilisant différents systèmes de piégeage. Une cohorte d'arthropodes a été identifiée comme étant à la fois des ravageurs, des prédateurs et des parasitoïdes (chapitre 4). Le quatrième objectif était d’utiliser la proie sentinelle Galleria mellonella L. comme technique de piégeage pour identifier les principaux ennemis naturels capables de réguler la population de foreurs (chapitre 5). L'expérimentation a été réalisée en utilisant des œufs, des larves et des pupes de G. mellonella. Les résultats ont montré que les fourmis (Formicidae) étaient les prédateurs les plus importants et les plus efficaces. Le cinquième objectif était de déterminer la flore associée aux foreurs (chapitre 6). Les observations consistaient à échantillonner les mauvaises herbes dans quatre conditions observées dans la plantation (Proche du cours d'eau, à l'intérieur du champ, entre les champs et la mangrove et en bordure de champ). Six espèces de mauvaises herbes (Poaceae) ont été identifiées comme plantes hôtes de D. tabernella. Le sixième objectif était d'étudier l'effet des différentes pratiques agricoles sur la réduction des infestations par les foreurs. Tout d'abord, dans ce contexte, les niveaux de dégâts et l'impact économique ont été évalués sur différentes variétés commerciales de canne à sucre. L'essai visait à déterminer l'effet de ces variétés sur le niveau de dégât des foreurs, la teneur en sucre et l'impact sur le rendement de la canne à sucre (chapitre 7). Nos résultats ont montré que D. tabernella était capable de réduire la quantité et la qualité du sucre et de la biomasse en fonction du type de variété. Deuxièmement, nous avons étudié l'effet des doses d'azote et de la silice appliquées au champ sur l'infestation par les foreurs (chapitre 8). Pour réaliser cet objectif, nous avons conduit deux essais en utilisant un dispositif expérimental avec 4 répétitions. Les résultats ont montré que l'application de niveaux élevés d'azote augmentait significativement l'infestation. Au contraire, l'utilisation de silice réduit significativement l'infestation de foreurs. En résumé, ces résultats ont permis l'identification des principales espèces de foreurs, leurs ennemis naturels et la flore associée, leur impact sur la canne à sucre et l'importance des pratiques agricoles dans la gestion de ces ravageurs au Panama. / Sugarcane (Saccharum officinarum) is grown in more than 100 countries worldwide with a total production averaging 170 million tons of sugar that has a profound economic impact on social and governmental issues. In terms of biological constraints there is a complex of diseases and pests that significantly reduce the productivity of sugarcane including stemborers. In Panama, the most important pests that cause losses in sugarcane are lepidopteran stemborers. The aim of this thesis was to study the bioecology of these major pests in Panama and to study different agricultural practices that influence stemborer infestations. To carry out this aim, our thesis has been divided into six overall objectives which constitute 8 different chapters. After presenting the general context (chapter 1), the first objective was to review the results obtained on integrated pest management strategies against the sugarcane borers Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae), Elasmopalpus lignosellus (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae) and Telchin licus (Drury) (Lepidoptera: Castniidae) in America that compiles 221 references from 1933 to 2017 (chapter 2).The second objective was to identify the main sugarcane pest species of Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae). This research used external morphology and genitalia by comparison with the well know species D. saccharalis and allowed to confirm Diatraea tabernella Dyar as the main stemborer species in Panama (chapter 3). The third objective was to determine the entomofauna associated with stemborers using different trapping systems. A cohort of arthropods was identified as pest species, predators and parasitoids (chapter 4). The fourth objective was to evaluate the use of sentinel prey of Galleria mellonella L. as a trapping technique to identify the key natural enemies that are able to regulate borer population (chapter 5). The experiment was carried out using G. mellonella eggs, larvae and pupae and the results showed that ants (Formicidae) were the most important and effective predators. The fifth objective was to determine the flora associated with stemborers (Weeds present in and around sugarcane fields) (chapter 6). The survey consisted of sampling weeds in four conditions observed in the plantation (Close source of water, within the plantation, between the field and mangrove and at field edges). Six weed species (Poaceae) were identified as host plants of D. tabernella. The sixth objective was to investigate the effect of different agricultural practices on reducing stemborer infestations. As a first step, damage levels and economic impact of stemborer were assessed through a field experiment to determine the effect of different sugarcane varieties on stemborer damage level, the production of sugar components and the impact on sugarcane yield (chapter 7). Our results showed that D. tabernella was able to reduce the quantity and quality of sugar and biomass depending on the type of variety. Second, the effect of silicon and nitrogen doses applied in the field on stemborers infestation were investigated (chapter 8). To carry out this objective we conducted two experiments using an experimental design with 4 replicates. The results showed that the application of high nitrogen levels increased stemborer infestation. The use of silicon significantly reduced infestation.The outcomes of this thesis were the identification of the main species of stemborers, their natural enemies and associated flora, the quantification of their impact on sugarcane and the importance agricultural practices in managing these pests in Panama.

Dans un contexte de valorisation de la biodiversité, certaines espèces oléagineuses représentent une source intéressante de métabolites actifs. C’est le cas par exemple des espèces du genre Calophyllum qui sont utilisées en médecine traditionnelle pour leurs diverses propriétés. Elles ont déjà fait l’objet de nombreuses études afin de préciser leurs caractéristiques chimiques en relation avec leurs usages traditionnels. En Guadeloupe l’espèce la plus représentée est Calophyllum calaba L. ; l’huile de ses graines est utilisée pour traiter certaines affections dermatologiques (plaies, brûlures…) et lutter contre le vieillissement cutané. Au cours de ce travail, une méthode d’extraction a été mise au point afin de concentrer les métabolites secondaires de l’huile dans une partie appelée « résine ». Une étude chimique approfondie de cette résine a été réalisée par différentes techniques séparatives, analytiques et spectroscopiques. Des fractionnements successifs par chromatographie liquide/solide sur colonne de silice ont conduit à l’isolement de 14 composés. Des études analytiques et spectroscopiques ont permis de déterminer les structures de ces molécules, essentiellement de type pyranochromanone. Parmi ces composés, 4 correspondent à de nouvelles structures identifiées et décrites pour la première fois .L’huile de Galba, ses fractions et produits purs ont ensuite été testés pour leurs activités biologiques relatives à la sphère dermatologique. Leurs propriétés anti-oxydantes ont été déterminées par différentes méthodes in vitro : ORAC, DPPH, BCBT. L’activité anti-inflammatoire a été évaluée par dosage des nitrites et du TNF-α dans une culture cellulaire de macrophages stimulés par le LPS. La mesure de la concentration minimale inhibitrice de ces extraits sur 5 souches bactériennes impliquées dans des pathologies cutanées a permis d’évaluer leur activité antimicrobienne. Leur potentiel cicatrisant a été mis en évidence sur des cultures cellulaires de fibroblastes humains et de kératinocytes HaCaT, de même que leur influence sur la mélanogénèse. Enfin, l’évaluation de la capacité de certaines fractions à inhiber l’élastase et la collagénase montre l’intérêt de l’utilisation de l’huile pour ses propriétés anti-âge. Notre étude a permis de montrer que les activités biologiques de l’huile de Galba sont principalement liées aux métabolites secondaires de la résine. De plus, des précisions ont pu être apportées sur la nature des constituants impliqués dans les différentes activités biologiques étudiées.Ces résultats constituent un appui scientifique à l’utilisation traditionnelle de l’huile de Galba et permettent d’élargir son champ d’application dans le domaine dermocosmétique. / In the context of biodiversity’s valorization, some oleaginous species are a good source of active metabolites. This is the case of Calophyllum species that are used in traditional medicine for their various properties. Many studies have been done on this botanical genus to clarify the chemical composition but also the biological activities of various parts of these plants. In Guadeloupe, Calophyllum calaba L. is the most widespread species, the oil from its seeds is used to treat certain skin problems (wounds, burns ...) and prevent skin aging.During this study, a method of extraction was developed to concentrate the secondary metabolites of the oil in a part called "resin".A thorough study of the chemical compounds of the resin was carried out by various analytical and spectroscopic techniques. Successive fractionations by liquid/solid chromatography on silica column led to the isolation of fourteen compounds. Extensive analytical and spectroscopic studies allowed to know the structures of these molecules which were essentially pyranochromanone type. Among these compounds, four of them correspond to new structures identified and described for the first time.Galba Oil, its fractions and pure products were then tested for different biological activities relative to the dermatological field. The antioxidant properties were determined by various in vitro methods: ORAC, DPPH, BCBT. The anti-inflammatory activity was assessed by determination of nitrite and TNF-α in cell culture of macrophages stimulated by LPS. The measurement of the minimal inhibitory concentration of these extracts on 5 bacterial strains involved in cutaneous pathologies allowed to know their antimicrobial activity. Their wound-healing potential has been demonstrated in cell cultures of human fibroblasts and keratinocytes HaCaT, as well as their action on melanogenesis. Finally, the ability of certain fractions to inhibit elastase and collagenase may be related to the use of this oil for its anti-aging properties.Our study has shown that most of biological activities were linked to the secondary metabolites of the resin. In addition, some clarifications were made on the nature of the constituents involved in the different biological activities which were studied.These results provide scientific support to the traditional use of Galba oil and broaden its use in the dermocosmetic area.

La mobilité est une fonction clé de la qualité fécondante et de sélection des spermatozoïdes des techniques d’assistance médicale à la procréation (AMP). Nous manquons cependant d'information des mécanismes moléculaires contrôlant cette mobilité. Ce travail de thèse est articulé autour de 2 protéines d’intérêts impliquées dans la mobilité spermatique: la protéine Tau (Tubule-associated unit) associée à la polymérisation des microtubules dans le neurone, et la protéine d’ancrage aux kinases A4 (AKAP4), protéine majeure de la gaine fibreuse du flagelle spermatique, connue pour son implication dans la mobilité spermatique.Très peu d’études traitent de la protéine Tau dans l’appareil génital masculin, et aucune chez l’homme. Dans une première partie de ce travail, nous avons analysé l’expression de la protéine Tau dans le spermatozoïde et le testicule humain par une approche immuno-histo-chimique (article 1). La protéine Tau est localisée dans la pièce intermédiaire du flagelle du spermatozoïde, et dans le spermatocyte et la spermatide dans le testicule. Les rôles potentiels de la protéine Tau durant la spermatogenèse sont discutés dans une revue de la littérature (article 2).Les avancées dans le domaine de la protéomique permettent aujourd’hui d’étudier le protéome du spermatozoïde et de ses compartiments cellulaires de façon hautement résolutive. Le protéome global du spermatozoïde a été étudié chez des hommes consultant le centre de procréation assistée du CHRU de Lille. Il a permis de définir un groupe de spermatozoïdes présentant majoritairement des protéines de haut poids moléculaire et un groupe présentant une protéolyse aux dépends des protéines de haut poids moléculaire. L’AKAP4 a été identifiée parmi les protéines de hauts poids moléculaire. Nous avons étudié, quantifié le profil d’expression de l’AKAP4 en Western Blot dans le sperme d’hommes venant effectuer un spermogramme et corrélé les données biochimiques du protéome et de l’AKAP4 au spermogramme (article en soumission 3). Le rôle de l’AKAP4 comme marqueur prédictif en AMP est ensuite abordé. Les données clinico-biologiques (logiciel INFOFIV) des tentatives d’AMP au CHRU de Lille ont été confrontées aux données quantitatives du protéome global et de l’AKAP4 (article en préparation 4).Les protéines Tau et AKAP4 sont des protéines d’intérêts dans la prise en charge de l’homme infertile. L’AKAP4 pourrait être proposée comme biomarqueur dans la prise en charge en AMP. / Motility is a key function of the fertilizing quality and the selection of sperm for assisted reproductive technology (ART). However, we lack information on molecular mechanisms controlling this mobility. This thesis is structured around 2 proteins of interest involved in sperm mobility: Tau (tubule-associated unit) associated with microtubule polymerization in the neuron, and the A-kinase anchoring protein 4 (AKAP4), the main protein of the fibrous sheath of the sperm’s flagellum, known for its involvement in sperm motility.Very few studies focus on the Tau protein in the male reproductive system, and none in humans. In the first part of this work, we analysed the expression of the Tau protein in the sperm and human testis through an immuno-histo-chemical approach (Article 1). The Tau protein is localized in the intermediate part of the sperm flagellum and in the spermatocyte and spermatid in the testis. The potential roles of the Tau protein during spermatogenesis are discussed in a review of the literature (Article 2).Advances in the field of proteomics now allow the study the proteome of sperm and its cellular compartments in a highly-resolutive way. The global sperm proteome was studied in men visiting the assisted reproduction center of Lille University Hospital. This has led to a group of sperm with predominantly high molecular weight proteins being identified as well as a group having proteolysis at the expense of high molecular weight proteins. The AKAP4 was identified among the high molecular weight proteins. We studied, quantified the profile of AKAP4 expression by Western Blot in the sperm of men undergoing a semen analysis and correlated the biochemical data of the proteome and AKAP4 to the semen analysis (article 3 in submission). The role of AKAP4 as a predictive marker of ART success is then discussed. Clinical and biological data (INFOFIV software) of ART attempts at the Lille University Hospital were compared with quantitative data of the global proteome and AKAP4 (Article 4 in preparation).Tau protein and AKAP4 are proteins of interest in the management of infertile men. The AKAP4 could be proposed as a biomarker in ART treatments.

Dans ce travail, nous nous intéressons à l’interaction champ électrique-particule diélectrique dans les phénomènes diélectrophorétiques, aussi bien d’un point de vue théorique que numérique. L’application à long terme concerne l’électro- manipulation des cellules biologiques. La compréhension de ces phénomènes nécessite une modélisation complète des mécanismes de polarisation qui régissent l’interaction champ-particule, et met en oeuvre des modèles électromécanique et électroci- nétique. Après avoir introduit les différents phénomènes et notions nécessaires, nous abordons la modélisation de la polarisation à l’aide de la théorie du potentiel et proposons une approche pour déterminer numériquement les coefficients de polarisation identifiés. Nous montrons que, si le développement multipolaire peut se réduire au premier ordre pour le cas d’une particule sphérique plongée dans un champ uniforme, les ordres supérieurs sont nécessaires pour les particules non sphériques. Nous montrons également comment un processus d’homogénéisation permet d’étudier les configurations de particules multicouches avec cette approche. Dans le cadre de l’étude électromécanique des phénomènes diélectrophorétiques, nous mettons ensuite en œuvre cette approche multipolaire. Deux applications traitées numériquement sont présentées. Nous y montrons la pertinence de cette approche pour calculer la force et le couple exercés sur une particule dans des situations où le champ appliqué présente de fortes non-uniformités, l’approche dipolaire classique se révélant beaucoup moins performante dans ce cas. La particule et son milieu de suspension étant en réalité deux milieux en contact mais non-indépendants, des phénomènes électrocinétiques se produisent à l’interface. Ces effets interfaciaux sont abordés en vue de les prendre en compte dans le phénomène d’électrorotation d’une cellule biologique. Nous modélisons le problème complet d’une particule sphérique chargée plongée dans un milieu de suspension et soumise à un champ tournant en prenant en compte les effets électroosmotiques. La résolution par éléments finis de ce problème couplé montre la pertinence de l’approche développée, notamment pour les basses fréquences. / In this work, we investigate about the interaction between electrical fields and dielectric particles in the dielectrophoretic phenomena, in theorical and numerical ways. The long-term application are related to electromanipulation and caracterisation of biological cells. Understanding these phenomena requires a complete modeling of polarization mechanisms governing the field-particle interaction and implements electromechanical and electrokinetic models. After introducing the necessary concepts and phenomena, we address polarization modeling using potential theory and suggest an approach for a numerical determination of polarization coefficients. We show that if the multipolar expansion can be reduced to the first order for the case of a spherical particle immersed in a uniform field, the higher orders are needed for nonspherical particles. We show also how a homogenization process allows the study of multilayered particles configurations using this approach. As part of the electromechanical study of dielectrophoretic phenomena, we implement the multipolar approach for two applications numerically treated. We show the relevance of this approach to calculate the force and torque exerted on a particle in situations where the applied field has strong non-uniformities, where the classical dipole approach turn out to be much less efficient. The particle and the suspending medium are in reality two media in contact but not independent as some electrokinetic phenomena occur at the interface. These interfacial effects are addressed in order to be taken into account in the electrorotation phenomenon of a biological cell. The model dealing with the whole problem of a charged spherical particle immersed in a suspension medium and subjected to a rotating field and taking into account the electroosmotic effects is treated. The resolution of the corresponding coupled problem using the finite element method shows the relevance of this approach.

Les interactions non-covalentes (NCI pour Non-Covalent Interactions) stabilisant les complexes non-covalents biologiques (NCX pour Non-Covalent compleXes) régissent la majorité des processus cellulaires indispensables au développement et au bon fonctionnement de tout organisme vivant. Toutes les fonctions de l'ADN, tels que son conditionnement, sa réplication et la régulation de son expression, sont permises par la formation et la dissociation de NCI avec des protéines. La compréhension des bases de ces processus cellulaires de l'ADN au niveau moléculaire est un sujet d'actualité et d'une importance fondamentale. Des informations essentielles peuvent être obtenues par spectrométrie de masse (MS pour Mass Spectrometry) qui joue un rôle de plus en plus important dans ce domaine. Malgré la technologie avancée déjà mise en ¿uvre, le développement de nouveaux concepts d'ionisation et d'activation implémentent perpétuellement la MS. Les travaux de thèse exposés à travers ce manuscrit présente l'étude de la stabilité des NCI maintenant les NCX biologiques par la comparaison des voies de fragmentations observées en mode positif et en mode négatif mais aussi par l'application de certains concepts récents de la MS comme : (i) l'utilisation d'agents de " superchargement " et, (ii) le développement et l'utilisation d'une source V-EASI (pour Venturi Easy Ambiant Sonic-spray Ionization) permettant l'aspiration libre de la solution et la désorption/ionisation des analytes par la seule vélocité du gaz de nébulisation. / Non-covalent interactions (NCI) stabilizing biological non-covalent complexes (NCX) lead most of cellular processes compulsory for the development and the functioning of all living organisms. All DNA functions, such as its conditioning, its replication and the regulation of its expression, are allowed by the formation and the dissociation of NCI with proteins. The comprehension of cellular processes basis of DNA at the molecular level is both topical and fundamental. Crucial information can be obtained by mass spectrometry (MS) which plays an increasing role in this field. Despite the already advanced technology applied, the development new ionization and activation concepts implement perpetually the MS. The Ph.D. work described through this manuscript presents the study of NCI maintaining the biological NCX by the comparison of fragmentation pathways observed in positive ion mode and in negative ion mode but also by the application of some recent MS concepts like: (i) the use of supercharging reagents and, (ii) the development and the use of a Venturi Easy Ambiant Sonic-spray Ionization (V-EASI) source allowing the free aspiration of the solution and the desorption/ionization of the analytes only by the velocity of the spraying gas.

Nous proposons que c’est le manque d’individualisation qui fait défaut aux méthodes actuelles destinées à traiter l’alcoolo-dépendance qui ne s’avèrent que modérément efficaces, si l’on en juge par la proportion importante de rechutes sous traitement. Les théories contemporaines dominantes postulent que les addictions et leur maintien pourraient être expliqués par le déséquilibre entre deux grands systèmes neuraux et les mécanismes cognitifs qui y sont associés: un système impulsif, dépendant des régions méso-cortico-limbiques, à la base des mécanismes de récompense, de renforcement et de la formation d’habitudes, et un système réflexif, dépendant du cortex préfrontal, indispensable aux comportements de prise de décision, à l’anticipation des conséquences des comportements et au contrôle inhibiteur. Nous avons dans ce travail développé des outils électrophysiologiques de diagnostic de deux troubles cognitifs clés associés au dysfonctionnement de ces deux systèmes :les biais attentionnels et les troubles de l’inhibition. Nous avons pré-testé ces tâches combinées à l’enregistrement des potentiels évoqués dans des populations d’étudiants binge drinkers et de gros consommateurs d’alcool. Nous avons ensuite testé leur valeur prédictive de la rechute dans une population de patients dépendants en fin de cure de désintoxication. Nous pensons avoir dégagé l’existence de deux marqueurs neurophysiologiques pouvant prédire à trois mois la rechute ou l’abstinence du patient alcoolo-dépendant :il s’agit (1) d’un facteur de rechute, indexé par une P3d plus ample suggérant un besoin accru de ressources neurales pour inhiber correctement un comportement, et (2) d’un facteur de protection, indexé par une composante P3 moins ample en réponses aux stimulations liées à l’alcool, suggérant qu’un investissement motivationnel moindre des stimuli « alcool » peut protéger d’une rechute. La réplication et la confirmation de nos résultats ainsi que l’amélioration de nos outils pourraient mener à l’utilisation des marqueurs mis en évidence en pratique clinique afin d’orienter de façon personnalisée la prise en charge des patients.<p><p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un des principaux défis de la bioinformatique moderne est de saisir le sens des données biologiques en constante croissance. Il est prépondérant de trouver de bons modèles pour toutes ces données, modèles qui servent à la fois à expliquer les données et à produire des réponses aux questions biologiques sous-jacentes. Une des nombreuses difficultés d’une telle approche est la grande variété dans les types des données manipulées. La biologie computationnelle moderne propose des approches qui combinent ces types de données dans des techniques dites intégratives. Cette thèse contribue au problème de l’identification de module biologique en intégrant les informations de conservation dans les modèles modernes d’identification d’ensemble de protéines. Nous introduisons un modèle pour la détection de modules connexes actifs et conservés, c’est-à-dire des modules connexes dont une majorité d’éléments sont similaires entre deux espèces. Nous présentons une formulation de notre modèle sous forme de programmation linéaire en nombres entiers, et proposons un algorithme branch-and-cut qui résout le modèle à l’optimalité en temps raisonnable. Nous appliquons notre modèle sur des données de différentiation cellulaire, à savoir les cellules Th0 en Th17 pour l’humain et la sourie. Nous analysons également notre modèle du point du vue de la complexité algorithmique, et fournissons des résultats pour le cas général ainsi que des cas spéciaux. / One of the major challenge for modern bioinformatics is making sense of the ever increasing size of biological data. Finding good models for all this data, models that can both explain the data and provide insight into biological questions, is paramount. One of the many difficulties of such path is the variety in the types of data. Modern computational biology approaches combine these many data into integrative approaches, that combine the knowledge inside the data in the hope to extract higher level information. This thesis contribute to the biological module identification problem by integrating conservation information with modern models of modular detection of protein sets. We introduce a model for the detection of conserved active connected modules, that is connected modules that are conversed across two species. These active connected modules are similar in sequence composition between the two species. We present a mixed-integer linear programming formulation of our model, and propose a branch-and-cut algorithm to solve to provable optimality in reasonable run time. We apply our model to cell line differentiation data, namely Th0 into Th17 for both human and mouse. We also analyse the model from a complexity standpoint, and provide general as well as special cases complexity results.

Les maladies impliquant des micro-organismes représentent un problème majeur de santé publique en raison du fort taux de mortalité provoqué par l'accroissement et l'émergence de souches résistantes. De même, les régions tropicales du Monde et La Réunion doivent faire face depuis plusieurs années à la pression accrue d'arthropodes ravageurs de cultures et vecteurs de maladies. Pour lutter contre ces arthropodes, les pesticides synthétiques aux conséquences désastreuses sur l'Homme et l'environnement sont principalement utilisés. Depuis quelques années, on observe un phénomène grandissant de résistance aux molécules conventionnelles à la fois chez les micro-organismes et les arthropodes. Face à ce constat, il est primordial de proposer de nouvelles molécules bioactives capables de lutter efficacement contre les ravageurs et les micro-organismes. Dans ce cadre, un criblage préliminaire réalisé sur vingt plantes endémiques et indigènes de La Réunion a permis de mettre en évidence l'activité antibactérienne et acaricide des extraits acétate d'éthyle de plusieurs espèces végétales. En raison de son large spectre d'activités biologiques, Peperomia borbonensis Miq. (Piperaceae), a été sélectionnée pour une investigation chimique et biologique approfondie. La suite de nos travaux a été consacrée à l'isolement et la caractérisation des métabolites secondaires de l'extrait apolaire de cette espèce. Les fractionnements bio-guidés réalisés ont conduit à l'isolement de quatorze molécules dont un amide à la structure nouvelle. Par ailleurs, l'étude de la fraction volatile de cette espèce a montré le potentiel insecticide de l'huile essentielle des feuilles pour lutter contre la mouche du melon B. cucurbitae. / The emergence of resistant strains in infectious diseases is a major public health issue. Similarly, arthropods which caused important economic damages in tropical and subtropical areas are continuously developing resistance to chemicals. To counteract this situation, it is essential to find new bioactive molecules able to fight pests and micro-organisms. In this context a preliminary screening was performed on twenty endemic plants and native of Reunion. Twenty-six ethyl acetate extracts were tested for their antibacterial and acaricidal activities. Considering its broad spectrum of activity, Peperomia borbonensis Miq. (Piperaceae), was selected for further chemical and biological investigations. Two bio-guided fractionations were performed on its apolar extract and let to the isolation of fourteen molecules. Moreover, the study of the volatile fraction has shown the insecticidal potential of the leaf essential oil of P. borbonensis against the melon fly B. cucurbitae.