Les invasions biologiques sont aujourd'hui un enjeu majeur en termes de biodiversité et de bien-être. Qu'il s'agisse de prévention ou de limitation des dommages, la gestion des invasions biologiques présente les caractéristiques d'un bien public et, comme telle, relève de l'analyse coût-avantage. Dans cette optique, la thèse traite du problème du contrôle d'une espèce invasive dénuée de valeur marchande entrant en compétition spatiale avec une espèce native exploitée commercialement. La première partie propose un modèle bioéconomique théorique représentant l'interaction entre les deux espèces et la contribution des exploitants à la diffusion de l'invasion, dans lequel les variables de commande sont les efforts de prélèvement sur chaque espèce et la fonction-objectif est la rente de ressource de l'espèce native diminuée du coût de contrôle de l'espèce invasive. L'analyse du modèle à l'équilibre débouche sur une alternative radicale entre quasi-éradication et laisser-faire face à l'invasion. L'optimisation dynamique du modèle montre ensuite qu'il existe une trajectoire conduisant à un état stationnaire optimal combinant l'exploitation rentable du stock natif et la stabilisation de l'invasion à un niveau intermédiaire. Cet état existe si les coûts unitaires de l'effort de pêche du stock natif et de l'effort de nettoyage des zones envahies, les coefficients de dispersion naturelle et anthropique de l'espèce invasive, et le taux d'actualisation ne sont pas trop élevés. Cet état peut être atteint si le niveau d'invasion initial n'est pas trop important. La seconde partie est consacrée au cas d'étude de l'invasion de la pêcherie de coquille Saint-Jacques de la baie de Saint-Brieuc par la crépidule. L'analyse coût-avantage du cas de la baie de Saint-Brieuc s'effectue à l'aide d'un modèle structural d'exploitation de la coquille Saint-Jacques couplé à un modèle d'invasion spatiale binaire, à partir desquels un programme de contrôle de l'invasion est étudié.

L'étude de l'ionisation de molécules biologiques, bases de l'ADN et de l'ARN, par impact de protons (20-150 keV/uma) a été l'enjeu de ce travail. Les expériences développées ont permis d'étudier la fragmentation de l'uracile, la thymine, l'adénine et la cytosine sous impact de protons, et de développer une méthode de mesure de section efficace absolue des processus d'ionisation mis en jeu au cours de l'interaction proton-molécule cible.<br />Le dispositif expérimental développé a permis de séparer les contributions des deux processus d'ionisation de la molécule cible : l'ionisation directe et l'ionisation par capture électronique. Les spectres de masse correspondants, analysés événement par événement, ont été mesurés. Pour l'uracile, les rapports de branchement de ces deux processus ont été mesurés en fonction de la vitesse du projectile.<br />Nous avons développé la mesure de sections efficaces absolues pour le processus de capture électronique. Le taux de production d'atomes neutres par rapport au nombre de protons incidents a été mesuré pour les quatre molécules étudiées : uracile, cytosine, thymine et adénine, et ceci, pour différentes températures d'évaporation. Ce taux varie avec l'épaisseur de cible traversée par le faisceau de protons. Un dispositif de dépôt a été développé pour caractériser la densité moléculaire du jet gazeux des bases étudiées. L'étude théorique et expérimentale du débit total d'effusion et du profil du jet gazeux a permis de déduire l'épaisseur de cible traversée par le faisceau de protons. Ainsi, la section efficace absolue d'ionisation des quatre molécules biologiques isolées sous impact de protons d'énergie de 80 keV/uma a été déterminée.

Ce travail vise à définir les apports de la microcalorimétrie AC pour l'étude simultanée de la thermodynamique et de la cinétique dans les macromolécules. Ce manuscrit s'ouvre par une description thermodynamique et cinétique d'un système en transformation. Les principales méthodes calorimétriques sont ensuite exposées, puis la conception du calorimètre est détaillée – cahier des charges, capteur, chaîne de mesure. De très petit volume utile (5 µl), le dispositif permet une mesure de capacité calorifique AC apparente avec une résolution ?C/C = 10-6. Sa fréquence de travail est ajustable entre 0,05 et 5 Hz. Grâce à cette très large gamme de fréquence disponible, le dispositif permet de réaliser des expériences de spectroscopie thermique. On présente un exemple de simulation d'un système simple, puis les principaux résultats expérimentaux obtenus. Des effets de cinétique et d'irréversibilité sont observés sur plusieurs types de transition, sur un polymère (PTFE) et un liquide organique (cyclohexane). La dénaturation par la chaleur d'une protéine globulaire, observée sur 25 µg de protéine, en fait un bon candidat pour une étude en fréquence par cette méthode.

La biologie est un domaine scientifique qui reste encore très incomplet au sens où la somme de connaissances qu'il nous reste à découvrir est non négligeable. Il est fréquent que les techniques de laboratoire traditionnelles soient inadaptées à la complexité du problème traité. Une raison possible à cela est que leur mise en œuvre requiert souvent beaucoup de temps et/ou de moyens financiers. Par ailleurs, certaines d'entre elles produisent des résultats peu fiables ou à trop faible débit. C'est pourquoi ces techniques peinent parfois à apporter des réponses aux nombreuses questions biologiques non résolues. En parallèle, l'évolution des biotechnologies a permis de produire massivement des données biologiques. Les expériences biologiques à haut débit permettent à présent de caractériser des cellules à l'échelle du génome et sont porteuses d'espoir pour la compréhension de phénomènes biologiques complexes. Ces deux faits combinés ont induit un besoin croissant de mathématiciens et de statisticiens en biologie. La tâche des bioinformaticiens est non seulement d'analyzer efficacement les masses de données produites par les expériences à haut débit et d'en extraire une information fiable mais aussi d'élaborer des modèles de systèmes biologiques menant à des prédictions utiles. L'inférence de réseaux de régulation et la recherche de gènes de maladie sont deux exemples parmi d'autres, de problèmes où une expertise bioinformatique peut s'avérer nécessaire. L'inférence de réseaux de régulation consiste à identifier les relations de régulation transcriptionnelle entre des gènes régulateurs appelés facteurs de transcription et des gènes cibles. Par ailleurs, la recherche de gènes de maladie consiste à déterminer les gènes dont les mutations mènent au développement d'une maladie génétiquement transmise. Dans les deux cas, les biologistes sont confrontés à des listes de milliers de gènes à tester. Le défi du bioinformaticien est donc de produire une liste de priorité où les interactions ou gènes candidats sont rangés par ordre de pertinence au problème traité, en vue d'une validation expérimentale. Les deux problèmes mentionnés plus haut partagent une caractéristique commune : ce sont tous les deux des problèmes de priorisation pour lesquels un petit nombre d'exemples positifs est disponible (des interactions connues ou gènes de maladie déjà identifiés) mais pour lesquels on ne dispose pas de données négatives. En effet, les bases de données biologiques ne reportent que rarement les paires de gènes non interactives. De même, il est difficile voire impossible de déterminer à coup sûr qu'un gène n'est pas impliqué dans le développement d'une maladie. Par ailleurs, des nombreux exemples indéterminés existent qui sont par exemple des gènes dont on ne sait pas si ils interagissent avec un facteur de transcription ou encore des gènes dont on ne sait pas s'ils sont causaux pour une maladie. Le problème de l'apprentissage à partir d'exemples positifs et indéterminés (PU learning en anglais) a été étudié en soi dans le domaine de l'apprentissage automatique (machine learning). L'objet de cette thèse est l'étude de méthodes de PU learning et leur application à des problèmes biologiques. Le premier chapitre présente le bagging SVM, un nouvel algorithme de PU learning et évalue ses performances et propriétés sur un jeu de données standard. L'idée principale de cet algorithme est d'exploiter au moyen d'une procédure voisine du bagging, une caractéristique intrinsèque d'un problème de PU learning qui est que l'ensemble des exemples indéterminés contient des positifs cachés. Le bagging SVM atteint des performances comparables à l'état de l'art tout en faisant preuve de bonnes propriétés en termes de rapidité et d'échelle par rapport au nombre d'exemples. Le deuxième chapitre est consacré à SIRENE, une nouvelle méthode supervisée pour l'inférence de réseaux de régulation. SIRENE est un algorithme conceptuellement simple qui donne de bons résultats en comparaison à des méthodes existantes pour l'inférence de réseaux. Enfin, le troisième chapitre décrit ProDiGe, un algorithme pour la priorisation de gènes de maladie à partir d'exemples positifs et indéterminés. Cet algorithme, issu du bagging SVM, peut gérer la recherche de gènes de maladies à l'échelle du génome et permet d'intégrer plusieurs sources de données. Sa capacité à retrouver correctement des gènes de maladie a été démontrée sur un jeu de données réel.

Durant cette thèse, nous avons cherché à (1) déterminer le rôle du climat et de facteurs biotiques associés à celui-ci dans la sélection d'adaptations locales chez des parasitoides de drosophiles (2) comprendre comment la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie a évolué en réponse à l'environnement et aux stratégies de maturation de ces organismes. Contrairement aux consommateurs primaires pour lesquels la température d'origine affecte directement l'évolution des histoires de vie, il semblerait que les facteurs biotiques dépendants du climat comme la distribution des hôtes et la compétition interspécifique soient le moteur principal de la sélection naturelle chez les parasitoides. La distribution des hôtes expliquerait les très fortes variations géographiques observées sur des échelles fines, comme l'existence de populations proovogéniques ou synovogéniques au sein d'une même espèce, ainsi que de populations capables ou non de lipogenèse à l'age adulte. Cette dernière variation aurait notamment affecté les compromis entre traits et l'évolution du taux de métabolisme. La force de la plasticité phénotypique présente également de fortes variations géographiques. Celles-ci peuvent être attribuées à la variabilité de l'environnement d'origine et non aux histoires de vie des organismes. Prédire l'évolution des parasitoides en réponse au réchauffement global nécessite donc d'intégrer non pas seulement un effet direct du climat, mais également les facteurs biotiques et la variabilité environnementale associés au climat.

L'urbanisation croissante de ces dernières décennies amène aujourd'hui à considérer la place de la biodiversité dans les territoires urbains. Ce travail est centré sur l'étude des modifications de communautés végétales de petits espaces boisés (1.5 ha en moyenne) le long d'un gradient d'urbanisation dans trois agglomérations du Massif armoricain : Angers, Nantes et Rennes. Les communautés végétales sont fortement modifiées par l'urbanisation. Les bois urbains sont plus riches en espèces exotiques mais restent dominés par des espèces indigènes et forestières. Cependant, la distribution des espèces indigènes est modifiée le long du gradient d'urbanisation et certains traits biologiques semblent associés à cette distribution. L'environnement local et en particulier le pH et la fertilité des sols semblent être les facteurs les plus importants en lien avec les modifications des communautés végétales. L'histoire des espaces boisés semble avoir une importance moindre. De plus, les caractéristiques de dispersion des espèces ne semblent pas être impliquées dans la distribution des espèces le long du gradient d'urbanisation. Au niveau de l'espace boisé, l'effet lisière est un déterminant important de la richesse spécifique, les lisières étant les plus riches en espèces aussi bien dans les bois urbains que ruraux. La banque de graines de la litière est affectée par la distance à la lisière mais elle est peu différente entre les bois urbains et ruraux. La composition de la banque de graines de la litière diffère largement de la composition de la végétation du bois. Les caractéristiques du milieu forestier empêchent probablement la germination d'un grand nombre d'espèces non forestières venant des habitats adjacents aux espaces boisés et sont donc importantes pour le maintien d'une végétation dominée par des espèces forestières. Ce travail permet d'ouvrir des perspectives pour une meilleure compréhension des mécanismes écologiques impliqués dans la réponse des espèces à l'urbanisation et pourrait contribuer à une meilleure intégration de ces espaces boisés dans l'aménagement des villes.

Des progrès récents dans la détection et la manipulation des molécules individuelles offrent de nouveaux outils pour étudier les molécules biologiques et leurs assemblages en conditions physiologiques. Ces outils permettent d'observer la dynamique, les états<br />conformationnels, et l'activité de molécules biologiques individuelles, non masqués par une moyenne d'ensemble. Dans ce cadre, je présente trois études que j'ai réalisées de 1998 à 2006.<br />La première concerne l'étude d'une protéine du cytosquelette, la spectrine. A l'aide d'un microscope à force atomique, nous suivons les états et les transitions de dépliement de protéines polymériques constituées de domaines identiques de la spectrine et montrons que le dépliement d'un domaine de spectrine peut se produire par étapes pendant son étirement.<br />Le second sujet porte sur l'organisation et la dynamique des membranes des cellules vivantes. Nous exposons une méthode fondée sur la spectroscopie de corrélation de fluorescence permettant de détecter des domaines membranaires. Nous revisitons les questions controversées dʹorganisation membranaire en étudiant une grande variété de marqueurs membranaires. Nous<br />montrons que les analogues fluorescents des sphingolipides et les protéines ancrées par un<br />glycosylphosphatidylinositol sont seulement confinés par des microdomaines dʹorigine lipidique.<br />En revanche, le récepteur à la transferrine est compartimenté à la fois par lʹorganisation lipidique et<br />le réseau du cytosquelette. Nous confirmons ainsi lʹexistence dʹune micro‐architecture dʹorigine<br />lipidique par des mesures sur cellules vivantes.<br />Pour améliorer la détection de molécules fluorescentes individuelles et réduire les volumes d'observation sous la limite de diffraction optique, nous utilisons des structures photoniques tels que des miroirs diélectriques ou des trous de taille sub‐longueur d'onde percés dans des films métalliques. A l'aide de ces structures, nous examinons la diffusion membranaire à l'échelle<br />nanométrique et en inférons la structure fine des membranes.<br />Enfin, je présente un projet de recherche sur la géométrie et la mécanique de l'épithélium<br />de l'embryon de drosophile lors de la morphogenèse. Ce projet vise en particulier à développer des<br />méthodes spécifiques pour mesurer et déterminer le rôle des forces de tension corticale du réseau<br />dʹacto‐myosine dans le remodelage des interfaces cellulaires.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3787. Texte en anglais. Résumé en français. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p.117-122.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3891. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

L'objectif de ce travail était de décrire les facteurs biologiques précoces influençant le pronostic des enfants grands prématurés. A partir d'une population de 1 067 enfants admis en réanimation néonatale au CHU de Dijon de 2001 à 2008 et faisant l'objet d'un recueil prospectif de données clinico-biologiques périnatales, deux objectifs de recherche ont été identifiés : 1) évaluer l'impact des troubles de la chlorémie au cours de l'adaptation postnatale sur la morbidité neurologique ; 2) caractériser la possible association entre l'hypoprotidémie du premier jour de vie (J1) et le pronostic défavorable. Ces objectifs ont été approfondis dans 4 études, réalisées sur la population initiale et sur 3 autres cohortes de grands prématurés. Nous avons observé que l'hyperchlorémie entraine une acidose métabolique sévère dans les 7 à 10 premiers jours de vie sans que ceci ne s'associe à un pronostic neurologique défavorable (hémorragie intraventriculaire et/ou paralysie cérébrale à 18 mois d'âge corrigé). Les résultats ont montré l'importance de contrôler les apports de chlore des médicaments et de la nutrition parentérale, afin de prévenir toute acidose métabolique indésirable après la naissance. Les études sur la protidémie ont montré que l'hypoprotidémie à J1 est un facteur indépendant associé au décès ou à la survie avec anomalies neurologiques sévères et que son pouvoir prédictif de pronostic défavorable est comparable à celui d'autres scores de gravité validés. Ce travail contribue à la compréhension des facteurs périnatals influençant le pronostic du grand prématuré et ouvre de nouvelles perspectives de recherche sur la prise en charge de ces enfants vulnérables.