Dans ce travail, nous avons résolu deux problèmes pratiques en agriculture en les modélisant en des problèmes de contrôle optimal. Un accent est mis sur les problèmes de contrôle optimal non linéaires, puisque les entrées résultantes de la modélisation sont non linéaires. On a fourni un moyen de choisir des valeurs adaptées pour le poids entre minimiser la pollution engendrée par un ajout abusif d’engrais et d’insecticides et maximiser le rendement des céréales. Le premier problème consiste à maximiser une production céréalière en tenant compte des effets néfastes de la pollution dégagée par un ajout abusif des engrais. Par la suite, dans le second problème, on a raffiné le premier problème en introduisant la contrainte de la présence des criquets. Pour les applications numériques, on a utilisé des données réelles du ministère de l’agriculture Algérien et des données de l’Institut National de la Protection des Végétaux (INPV). / In this work, we have solved two practices problems in agriculture by modeling in problems of optimal control. An emphasis is placed on nonlinear control optimal problems, since the output of the resulting models are nonlinear. It provided a way to choose defaults for the weight between minimizing pollution caused by an improper addition of fertilizers and insecticides and maximize cereal production. The first problem is to maximize cereal production taking into account the detrimental effects of pollution generated by adding abusive fertilizers. Subsequently, the second problem, we refined the first problem by introducing the constraint of the presence of locusts. For digital applications, were used actual data from the Algerian Ministry of Agriculture and Data from the National Institute of Plant Protection (INPV).

Le perméat de lactosérum (PL) et le son de blé (SB) sont des coproduits de l’industrie laitière et céréalière hautement disponibles et généralement utilisés pour l’alimentation animale ou l’épandage. Dans un contexte d’économie circulaire, des bio-ingrédients durables et innovateurs peuvent être produits par la valorisation des co-produits afin de répondre à la demande de produits avec des bienfaits santé par les consommateurs. Par ailleurs, la fermentation est une alternative de recyclage biologique qui permet d’augmenter la disponibilité des composés bioactifs du SB et de produire des exopolysaccharides à partir du PL. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’obtenir un bio-ingrédient (BI) riche en polysaccharides et composés bioactifs par fermentation du mélange de PL/SB par trois souches de Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 et RW-9595M en monoculture ou en coculture avec Saccharomyces cerevisiae. Dans un premier temps, les expériences ont visé l’évaluation de l’effet de la coculture sur la production d’exopolysaccharides (EPS) par les souches de L. rhamnosus dans du PL. La croissance des mono et cocultures en milieu liquide a été suivie par le compte microbiologique (CFU/mL), la viabilité (PMA-qPCR), la consommation du substrat (lactose) et la production des métabolites (acide lactique et EPS) pendant 48h sans contrôle de pH. L’analyse transcriptomique par RT-qPCR a été utilisée pour déterminer l’expression relative des gènes en coculture par rapport à la monoculture au cours de la fermentation. Un total de 34 gènes en lien avec l’opéron EPS, le métabolisme des sucres, le stress et l’environnement ont été ciblés. Pour l’obtention du bio-ingrédient le mélange de PL /SB a été fermenté en milieu solide par trois souches bactériennes en mono et coculture. L’évolution de la fermentation a été suivie par comptage microbiologique (CFU/g), par la consommation du lactose, le suivi de l’acidification, la détermination des protéines solubles, r la rhéologie et par microscopie électronique à balayage.Le milieu fermenté a été lyophilisé pour obtenir les BI. La composition des BI, le contenu en polysaccharides hydrosolubles (PSH) qui incluent les EPS, la capacité antioxydante et la bioaccessibilité in vitro des composés phénoliques totaux et des acides phénoliques ont été comparés avec le son de blé non fermenté (SBNF). Dans du PL, après 48 heures, les résultats ont révélé que la production d’EPS était améliorée de 39%, 49% et 42% en coculture pour R0011, ATCC 9595 et RW-9595M, respectivement. Des taux d’expression de l’opéron de EPS plus élevés ont été observés pour la souche la plus productrice d’EPS (RW-9595M) en coculture. La construction de réseaux de co-expression de gènes a révélé des corrélations communes entre l’expression de gènes liée aux opérons EPS, le métabolisme du sucre et le stress au cours de la production des EPS et la croissance des trois souches. Les propriétés des BI montrent que le mélange PL/SB c’est un produit riche en protéines, composés phénoliques, fibre alimentaire et polysaccharides solubles dont la quantité est rehaussée en présence de la levure principalement pour les souches ATCC 9595 et R0011. En général, les produits fermentés ont une teneur en composés phénoliques (TPC) liée et une activité antioxydante supérieure au SBNF. Cette différence est plus accentuée en monoculture par rapport à la coculture dans les différents BI. Le TPC total et l'activité antioxydante étaient 30% et 21% plus élevés en monoculture pour le BI obtenu avecRW-9595M par rapport à SBNF. Après la digestion in vitro, la bioaccessibilité des acides phénoliques totaux libres a été améliorée de plus de 40 % dans les BI par rapport au SBNF. Par la fermentation, on observe un enrichissemment en acide caféique libre hautement bioaccessible (superieur à 75%) dans les BI résultant de l’action des bactéries lactiques, ce qui n’a jamais été publié dans la littérature. Les BI obtenus en coculture par les souches RW-9595M et R0011 montrent un contenu significativement plus élevé en acides phénoliques liés qui diminuent lors de la digestion in vitro par rapport à la monoulture. Nos résultats donnent un aperçu de l’influence positive de l’interaction bactérie lactique-levure sur la stimulation IV de la biosynthèse des EPS et les propriétés bioactives du PL/SB fermenté, ce qui représente un progrès important dans la mise au point d’un procédé pour l’obtention d’un bio-ingrédient avec de vastes applications industrielles. / Whey permeate (PL) and wheat bran (SB) are by-products from the dairy and cereal industries that are highly available and used for animal feed or spreading. In a circular economy, sustainable and innovative bio-ingredients can be produced through the valorization of food by-products to be able to respond to the demand for health products from consumers. In addition, fermentation is an alternative to biological recycling to increase the availability of bioactive compounds from SB and to produce exopolysaccharides from PL. In this context, the objective of this study is to obtain a bio-ingredient (BI) rich in polysaccharides and bioactive compounds by fermentation of the mixture of PL / SB by three strains of Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 and RW-9595M in monoculture or in coculture with Saccharomyces cerevisiae. Initially, the experiments aimed at evaluating the effect of coculture on the production of exopolysaccharides (EPS) by the L. rhamnosus strains in PL. The growth of mono and coculture s in liquid medium was followed by the microbiological account (CFU / mL), the viability (PMA-qPCR), consumption of the substrate consumption (lactose) and the production of metabolite productions (lactic acid and EPS) during 48 h without pH control. Transcriptomic analysis by RT-qPCR was used to determine the relative expression of genes in coculture compared to monoculture during fermentation. In total 34 genes linked to the EPS operon, sugar metabolism, stress and the environment were targeted. To obtain the bio-ingredient, the PL / SB mixture was fermented in solid medium by the bacterial strains in mono and coculture. The progress of the fermentation progress was followed by microbiological account (CFU / g), by the consumption of lactose consumption, by the monitoring of acidification, the determination of soluble protein determinations, by rheology and by scanning electron microscopy. At the end, the fermented medium was lyophilized to obtain the BI. The composition of BI composition, the content of water-soluble polysaccharides content (WSP) which include EPS, the antioxidant capacity and the in vitro bioaccessibility of total phenolic compounds and phenolic acids were compared with unfermented wheat bran (UFWB). In PL, after 48 hours, the results revealed that EPS production was improved by 39%, 49% and 42% in coculture for R0011, ATCC 9595 and RW-9595M, respectively. Higher EPS operon expression rates were observed for the more EPS-producing strain (RW-9595M) in coculture. The construction of gene co-expression networks has revealed common correlations between gene expression linked to EPS operons, sugar metabolism and stress during the production of EPS production and the growth of the three strains. The properties of BI properties show that the fermented SB/PL mixture is rich in protein, phenolic compounds, dietary fiber and soluble polysaccharides, the amount of which is enhanced in the presence of yeast mainly for ATCC 9595 and R0011. In general, fermented products have a content of bound phenolic compounds (TPC) and an antioxidant activity greater than UFWB. This difference is more accentuated in monoculture compared to coculture in for different BI. Total TPC and antioxidant activity were 30% and 21% higher in monoculture for BI obtained from RW-9595M compared to UFWB. After in vitro digestion, the bioaccessibility of total free phenolic acids was improved by more than 40% in BI compared to UFWB. Through fermentation, we observe an enrichment in highly bioaccessible free caffeic acid (superior than 75%) in BI resulting from the action of lactic acid bacteria, which was not reported before in the literature. The BI obtained in coculture with RW-9595M and R0011 have a significantly higher content of bound phenolic acids which decrease during in vitro digestion compared to monoculture. Our results provide an overview of the positive influence of the lactic acid bacteria-yeast interaction on the stimulation of EPS biosynthesis and the bioactive properties of fermented PL / SB, which represents major progress in the development of a process for obtaining a bio-ingredient with wide industrial applications.

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Ce projet a démontré la faisabilité de fabrication de pain à base de farine riche en son de blé additionnée de lactulose jusqu'à 5%. La pâte enrichie de lactulose est caractérisée par une acidité titrable légèrement inférieure au témoin. Ceci est attribuable à l'incapacité des levures à fermenter le lactulose. La cuisson a montré que l'ajout de lactulose à la formule de pain à un niveau allant jusqu'à 5% n'a pas d'incidence négative sur la qualité du pain. L'évaluation visuelle et sensorielle a montré que l'ajout de 5% de lactulose à la formulation de pain de blé ne modifie pas le profil de texture du produit. La structure de la mie du pain témoin est légèrement plus poreuse que celle du pain additionné de lactulose à 5%. Le volume massique du pain est également plus faible, ce qui indique que des changements de texture se sont produits, mais restent acceptables.

Doctorat en sciences sociales, politiques et économiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La céréaliculture occupe une place importante dans l’agriculture mondiale et contribue à la sécurité alimentaire des populations. Pour assurer la production des céréales (orge, blé, avoine), il est nécessaire de lutter contre ses ravageurs, essentiellement les pucerons qui sont capables de transmettre plusieurs virus. L’analyse des génomes des pucerons tels que Rhopalosiphum padi, R. maidis, Sitobion avenae, Schizaphis graminum, de leur évolution et de leur relation avec les plantes hôtes (céréales) pourrait contribuer à la mise en place de moyens de lutte pour contrôler les populations de ces ravageurs. Dans ce contexte, cette étude s’est focalisée sur la recherche des éléments transposables des deux superfamilles Tc1-mariner-IS630 et des piggyBac. Les ETs, considérés comme des moteurs de la plasticité génomique et de l’évolution des espèces, sont utilisés en biotechnologie pour développer des outils de transfert de gènes. Dans un premier temps, nous avons recherché des éléments de la famille mariner, ou apparentés à cette famille, dans les génomes séquencés de trois espèces de pucerons : Acyrthosiphon pisum, Myzus persicae et Diuraphis noxia. Sur la base de similitude de séquences, nous avons pu caractériser 183 éléments répartis en trois clades. Le premier, commun aux trois espèces, correspond au clade de la sous-famille irritans DD34D. Il est subdivisé en trois tribus Macrosiphinimar, Batmar-like elements et Dnomar-like elements. Le deuxième comprend l’élément rosa DD41D qui appartient à une famille phylogénétiquement proche de mariner. Le troisième comprend des séquences avec de longues répétitions terminales inversées et inclut deux tribus DD40-41D. Ces deux derniers clades, plus répandus chez A. pisum, dérivent vraisemblablement d’un ancêtre commun et formeraient une nouvelle famille.Dans un deuxième temps, nous avons exploité les résultats de la recherche in silico pour identifier in vitro des éléments de la sous-famille irritans chez les pucerons des céréales et chez leur plante hôte. Deux types d’éléments délétées (MITEs) ont été identifiés chez les pucerons, l’un commun à toutes les espèces avec un pourcentage d’identité supérieur à 98% (Aphidmar) et l’autre spécifique à S. avenae (Samar2). Par ailleurs, les génomes des céréales (orge, blé, brachypodium, égilope) ont été analysés en utilisant comme requêtes des séquences d’éléments de la sous-famille irritans trouvés chez les aphides. Un seul contig de l’orge cultivar barke comprend un élément tronqué de 320 pb, flanqué par de l’ADN génomique de pucerons. La vérification in vitro de la présence de cette séquence chez plusieurs cultivars d’orge révèle deux types de séquences. Le premier est similaire à celui trouvé in silico chez l’orge, le second correspond à l’élément Samar2 délété de 7 nucléotides au niveau du point de cassure de la délétion initiale. Ceci suggère l’existence d’un transfert horizontal entre pucerons des céréales et l’orge. Enfin, l’abondance de données génomiques et la rareté des travaux approfondis portant sur les membres de la superfamille piggyBac, nous ont amenés à analyser in silico leurs caractéristiques, leur distribution et leur évolution. Un total de 117 séquences protéiques de PBLE (éléments autonomes) et de PGBD (éléments domestiqués), ont été utilisées comme requêtes. Quatre groupes structuraux de PBLE ont été définis en fonction de la présence ou absence de répétitions sub-terminales (directes/inversées). Toutefois, il n'existe aucune relation entre ces quatre groupes et la phylogénie des PBLE. Les PGBD soumis à une forte sélection purifiante, sont clairement structurés en neuf groupes dont un correspondant à un nouvel ensemble d’éléments domestiqués trouvé chez les Néopterygiens. L’analyse fine des PGBD révèle que le domaine catalytique de la transposase ancestrale n'est pas toujours conservé. La phylogénie générale des PBLE et des PGBD suggère des événements multiples de domestication des PGBD à partir de différents ancêtres PBLE. / Cereal farming plays an important role in world agriculture and contributes to the food security of the populations. To improve the production of cereals (barley, wheat, oats ...), it is necessary to fight against their pests, especially aphids, able to transmit several viruses. The analysis of aphid’s genomes such as Rhopalosiphum padi, R. maidis, Sitobions avenae and Schizaphis graminum, their evolution and their relationships with their host plants could contribute to define strategies against pest populations. In this context, this work focused on the analysis of transposable elements belonging to Tc1-mariner-IS630 and piggyBac superfamilies. Indeed, TEs are involved in genomic plasticity and evolution of species, and are also used in biotechnology to develop gene transfer tools. In the first chapter, we investigate three available genomes of aphids, namely Acyrthosiphon pisum, Myzus persicae and Diuraphis noxia, to search for elements of the mariner family or close to it. Based on sequence similarities, we were able to characterize 183 elements distributed in three clades. The first one, common to the three species, corresponds to the clade of irritans subfamily DD34D, and is subdivided into three tribes Macrosiphinimar, Batmar-like elements and Dnomar-like elements. The second one includes the rosa element DD41D belonging to a group close to the mariner family. The third one includes sequences with long Terminal Inverted Repeats and is subdivided into two DD40-41D tribes. These two latter clades, more common in A. pisum, likely derive from a common ancestor and would form a new family. In the second chapter, the results of in silico research were exploited, to identify in vitro, elements of the irritans subfamily in cereal aphids and in their host plants as well. Two types of deleted elements (MITEs) have been identified in aphids, one common to all species with a percentage of identity higher than 98% (Aphidmar) and the other one specific to S. avenae (Samar2). In addition, the genomes of cereals (barley, wheat, brachypodium, aegilops) were investigated using as queries sequences of irritans subfamily found in aphids. A single contig identified in Hordeum vulgare (cultivar barke) contains a 320 bp truncated element flanked by genomic DNA of aphids. The presence of this sequence was checked in several barley cultivars by an in vitro approach. Two types of sequences were found. The first one similar to that found in barley from the in silico approach, the second one corresponding to Samar2 element, lacking seven nucleotides at the breaking points of the initial deletion. This suggests a possible horizontal transfer between cereal aphids and barley. In the last chapter, the abundance of genomic data and the scarcity of in-depth research covering all members of the piggyBac superfamily led us to determine in silico their characteristic, their distribution and their evolution. A total of 117 proteic sequences of the PBLE (autonomous elements) and PGBD (domesticated elements) have been used as queries. Four structural groups of PBLE have been identified depending on the presence or absence of sub-terminal repeats (direct / inverted). However, there is no relationship between the structural groups and the phylogeny of these PBLE elements. PGBD are clearly structured into nine main groups including a new group of domesticated elements found in Neopterygii. The catalytic domain of the ancestral transposase is not always preserved, but all these domesticated elements are subjected to a strong purifying selection. The general phylogeny of PBLEs and PGBD suggests multiple and independent domestication events of PGBD from different PBLE ancestors.

La température régionale de l'air et le stade phénologique des plants de céréales sont les variables utilisées pour la simulation des fluctuations d'abondance de Rhopalosiphum padi (L.) et de Sitobion avenae (F.) dans les cultures de céréales à petits grains au Québec. Le stade phénologique des plantes est lui-même prédit à l'aide de la somme des degrés-jour (seuil de 0°C) depuis la date de semis. L'effet de la température et l'effet du stade phénologique de la plante sur le taux d'accroissement de la population (r) ont été déterminés en laboratoire pour chaque espèce de puceron, puis ajustés selon les valeurs observées sur le terrain. Les résultats des échantillonnages des populations de pucerons en parcelles ont aussi permis de calculer une fonction représentant la perte d'individus par émigration et par mortalité en fonction du stade phénologique de la plante hôte. L'étape de validation a démontré une meilleure performance du modèle à simuler les fluctuations des populations de Sitobion avenae que celles de Rhopalosiphum padi. Règle générale, la courbe de simulation de la densité de population est "en phase" avec les valeurs observées mais le niveau maximum prédit de la densité de population diffère, parfois de façon importante, de la valeur observée.

Une grande variété de curcuminoïdes Cs et de tétrahydrocurcuminoïdes THCs a été synthétisée et leurs propriétés antioxydantes ont été étudiées en détail par la méthode du radical DPPH°. Pour la première fois, il a été montré que les propriétés antioxydantes supérieures des THCs par rapport à leurs homologues curcuminoïdes sont dues à la présence d’atomes d’hydrogène benzyliques dans les THCs. L’association de THCs avec un biopolymère, le chitosane, a permis l’élaboration de films à propriétés antioxydantes et antibactériennes. Des interactions entre les THCs et le chitosane ont été mises en évidence par spectroscopie d’absorption UV-visible. Les THCs et plus particulièrement la tétrahydrocurcumine, se sont révélés capables à la fois d’inhiber le développement de Fusarium proliferatum, champignon qui s’attaque aux céréales, et de limiter la production de mycotoxines issues de cette souche. / A large variety of curcuminoids Cs and tetrahydrocurcuminoids THCs was synthesized and their antioxidant properties were studied in detail by the radical DPPH° method. For the first time, it was shown that the higher antioxidant properties of THCs compared to their counterparts’ curcuminoids are due to the presence of benzylic hydrogen atoms in THCs. The association of THCs with a biopolymer chitosan, allowed the preparation of films presenting antioxidant and antibacterial properties. Interactions between THCs and chitosan were evidenced by UV-visible absorption spectroscopy. THCs and more particularly tetrahydrocurcumin inhibited development of Fusarium proliferatum fungi in cereals, and limited the production of associated mycotoxins.

L’alimentation séquentielle (AS) consiste à distribuer de manière cyclique deux aliments différents dont la combinaison permet des apports nutritionnels adaptés. L’objectif de la thèse était d’évaluer la robustesse et les limites de ce système. Trois expérimentations ont étéréalisées. Les questions portaient sur la variation de la composition en matières premières des régimes, la capacité d’adaptation des poules à des situations de déséquilibre alimentaire et de stress thermique et enfin la modulation au cours de la journée des apports en énergie et en protéines. Un travail de méta-analyse apportait des réponses sur la régulation de l’ingestion chez les poules pondeuses ainsi que sur l’impact de la nature des ingérés sur les performances de ponte et de croissance. Les expérimentations (Ex.1, 2, 3) ont permis de mettre en évidence la possibilité de distribuer d’autres céréales (blé et/ou maïs broyé, fibres insolubles) à la place du blé entier distribué dans la fraction du matin. L’ingestion totale inférieure par rapport à une alimentation continue (Ex. 1 et 2) et un niveau de production équivalent permettent d’améliorer l’IC des poules en AS par rapport à des poules alimentée de façon classique. Les poules semblent capables de réguler leur ingestion sur le niveau d’énergie de l’aliment mais pas sur son niveau de protéines dans les conditions étudiées (méta-analyse, Ex. 2). Cependant, les apports en énergie doivent se concentrer dans la fraction du matin afin d’obtenir les meilleures performances en AS tandis que les apports protéiques doivent soit être concentrés dans la fraction de l’après midi soit continus au cours de la journée (Ex. 3). Ces connaissances sur l’AS doivent encore être complétées afin de pouvoir utiliser ce système d’alimentation en élevage néanmoins l’AS est prometteur en terme d’économies de ressources. / Sequential feeding (SF) consists in splitting the nutrients into two different diets. The goal of this thesis was to explore the limits of this feeding system. Three experiments were performed. The major questions go on utilization of other feedstuffs, capacity of hens to adapt their feed intake on unbalanced diet and hot temperatures and responses to modulation of energy and protein supplies. A meta-analysis gave responses on the regulation of feed intake and the impact on nutrient intake on laying and growth performances in laying hens. Experiments (Ex.1, 2, 3) shown off the possibility to substitute whole wheat with other cereals or feedstuffs (ground wheat and/or corn, insoluble fiber) in the morning fraction. Lower total feed intake in SF compared to continuous feeding (Ex. 1 et 2) and same laying performances improved the FCR. Laying hens were able to fit their feed intake on energy in the diet but not on protein content (meta-analysis, Ex. 2). Nevertheless, energy supplies had to be given in the morning fraction while protein could be given concentrate in the afternoon or throughout the day (Ex. 3). Knowledge on SF has to be completed in order to use this feeding system in commercial conditions. SF can help sparing resources and improve the on farm economical efficiency.

Dans ce travail, nous avons résolu deux problèmes pratiques en agriculture en les modélisant en des problèmes de contrôle optimal. Un accent est mis sur les problèmes de contrôle optimal non linéaires, puisque les entrées résultantes de la modélisation sont non linéaires. On a fourni un moyen de choisir des valeurs adaptées pour le poids entre minimiser la pollution engendrée par un ajout abusif d'engrais et d'insecticides et maximiser le rendement des céréales. Le premier problème consiste à maximiser une production céréalière en tenant compte des effets néfastes de la pollution dégagée par un ajout abusif des engrais. Par la suite, dans le second problème, on a raffiné le premier problème en introduisant la contrainte de la présence des criquets. Pour les applications numériques, on a utilisé des données réelles du ministère de l'agriculture Algérien et des données de l'Institut National de la Protection des Végétaux (INPV).