Les particules en suspension transportées dans les réseaux hydrographiques résultent des processus de rivière et des apports depuis les versants. Nous avons étudié dans cette thèse la dynamique des tailles de particules le long du continuum versant-rivière afin d'apporter des éléments de réponse à la réflexion aujourd'hui menée sur les distances de transport et sur le concept de connectivité sédimentaire. Des observations de terrain sont menées à l'exutoire d'un bassin versant de tête (~20 km²). Elles mettent en évidence une corrélation positive entre débit liquide et taille des particules. L'établissement et la mise en oeuvre d'un protocole de mesure original montre que les particules sont agrégées. A cette échelle, les apports des versants semblent importants pour expliquer les variations de taille des particules. Des expériences de laboratoire utilisant un canal annulaire sont menées et indiquent qu'une partie de ces variations peut être attribuée à la désagrégation ou à la floculation des particules dans l'écoulement. Des variations de taille notables sont dues au type de sol. Elles sont moindres à la fin des évènements schématiques simulés en canal, suggérant que l'écoulement prend une part prépondérante pour expliquer les variations de taille des particules. Cet effet du type de sol a motivé l'étude des processus de versant, et en particulier ceux de la pluie. Des expériences de simulations de pluie menées en laboratoire (~1 m²) sur deux sols révèlent que l'augmentation de l'énergie cinétique de la pluie a tendance à générer des agrégats plus fins. Une paramétrisation du détachement par la pluie par fraction granulométrique est développée sur la base de ces expériences et implémentée au sein de deux modèles numériques d'érosion hydrique à base physique. Les simulations numériques confirment que cette tendance a des impacts sur les exports à l'échelle du versant. Enfin, des variations de granulométrie en lien avec l'énergie cinétique de la pluie sont perceptibles lors d'observations de terrain à l'échelle du versant (~ 100 m²), confirmant l'importance d'une description correcte du forçage pluviométrique. / The suspended particles of catchment networks are dependent on both river and hillslope erosion processes. During this thesis, the particle size dynamics was studied along this continuum in order to improve the understanding of particle delivery from hillslopes to the outlets of headwater catchments. Field measurements were conducted at the headwater catchment scale (~20 km²). The discharge displayed a positive correlation with the particle size. An original measurement protocol has been set up and it demonstrated that particles were mostly aggregated. The inputs from hillslopes were possibly involved in some of the variations of the measured particle size. Laboratory experiments carried out using an annular flume demonstrated that a part of these variations could be explained by disaggregation or flocculation within the flow. Important variations due to the soil type were observed. However, they were less pronounced in the falling limbs of the schematic flood events, suggesting that flow conditions progressively became more important than the soil signature. The latter encouraged the analysis of hillslope processes, among which a special attention was given to the rainfall effects. Rainfall simulation experiments (~1 m²) demonstrated for two soils that an increase in the rainfall kinetic energy resulted in smallest aggregates detached from the soil matrix. The importance of this mecanism at the hillslope scale (~ 100 m²) with regard to runoff selectivity was demonstrated developing a size-dependent detachment parametrisation included in two physically based numerical models. Finally, the effects of the rainfall kinetic energy on the particle size were observed during field measurements made at the plot scale as well, underlining the need to adequatly describe the rainfall forcing field at this scale.

Le trouble bipolaire (TB) est une pathologie chronique de l'humeur, caractérisée par des perturbations du fonctionnement émotionnel et cognitif lors des périodes dépressives, maniaques, et intercritiques (euthymiques). L'essor récent des interventions psychosociales spécifiques, telles que la psychoéducation, dans la prise en charge du TB est dû à une efficacité considérable démontrée dans l'optimisation de la réponse et la stabilisation clinique des patients bipolaires (BP). L'objectif de cette thèse a été d'identifier le substrat cérébral, anatomique et fonctionnel, qui sous-tend (i) les troubles cognitifs et émotionnels persistants lors des périodes euthymiques, afin de dégager des marqueurs traits de la maladie ; (ii) l'amélioration symptomatique suite à l'application d'un programme de psychoéducation chez les patients BP. Nos résultats ont montré que le TB se caractérise par une dérégulation de l'activité et de la connectivité des régions préfrontales et limbiques, respectivement impliquées dans le contrôle cognitif et la génération/perception des émotions. Nous avons également mis en évidence, à la fois au repos et lors d'une tâche cognitivo-émotionnelle, une connectivité anormale chez les patients BP entre le « default mode network », qui sous-tend des processus mentaux égocentrés, et le « task positive network », qui est impliqué dans des processus cognitifs exocentrés. Suite à trois mois de psychoéducation, les anomalies d'activation fronto-limbique chez les patients BP étaient atténuées. De plus, la diffusivité au sein du faisceau unciné, qui relie ces régions, était améliorée. En outre, l'atteinte de la structure anatomique des régions fronto-limbiques ainsi que de leurs connexions, constituait un facteur prédictif de la réponse à la psychoéducation. L'ensemble de nos résultats suggèrent que les déficits de régulation émotionnelle et de contrôle attentionnel caractérisant le TB pourraient être modulés par l'amélioration du contrôle cognitif « top-down », induit par la participation à un programme de psychoéducation. / Bipolar disorder (BD) is a chronic mood disorder characterized by disturbances in emotional and cognitive processing during periods of depression, mania, and intercritical (euthymic) periods. Recently, the management of BD has been expanded by specific psychosocial interventions, such as psychoeducation, which showed high efficacy in improving BD symptoms. The aim of this thesis was to identify the anatomical and functional cerebral substrate related to (i) enduring cognitive and emotional impairments during euthymic periods, in order to identify trait markers of the disease; (ii) symptomatic improvement due to the participation in a psychoeducation program in BP patients. Our results showed that BD is characterized by dysregulation of the activity and the connectivity of prefrontal and limbic regions, responsible for the cognitive control and the generation/perception of emotions respectively. We also highlighted, both at rest and during a cognitive task, an abnormal cerebral connectivity between the “default mode network”, which is involved in egocentric thought processes, and the “task positive network”, which is involved in exocentric cognitive processes. After three months of psychoeducation, BD patients showed significant reduction of fronto-limbic abnormalities and better diffusivity along the uncinate fasciculus, which connects these regions. Furthermore, abnormalities of the anatomical structure of fronto-limbic regions, as well as of their connections, may be a predictor of psychoeducation outcome. We thus suggest that impairment of emotional regulation and attentional control that characterized BD could be modulated by the improvement of the “top-down” cognitive control induced by the participation in a psychoeducational program.

L’étude des réseaux cérébraux en IRM fonctionnelle au repos est de plus en plus utilisée chez les patients victimes d’accidents vasculaires cérébraux. La majorité des études se sont focalisés sur les déficits moteurs, attentionnels ou phasiques. Dans ce travail, nous avons étudié l’impact du handicap global sur la connectivité fonctionnelle de grands réseaux corticaux à la phase subaiguë d’infarctus cérébraux. Ce travail a porté sur 50 patients ayant subi un premier infarctus sus-tentoriel (29 hommes, 22 AIC gauche, 57 ± 14 ans, délai médian après l’AIC = 4.5 semaines) et 75 témoins (27 hommes, 55 ± 15 ans). Sept réseaux de repos ont été étudiés à partir d’une analyse en graine et nous avons distingué pour chacun les connectivités fonctionnelles interhémisphérique, ipsi et contralésionnelle. Les 22 patients sans handicap (mRS = 0/1) avaient une connectivité normale alors qu’une diminution diffuse et bilatérale était observée chez les 28 patients avec handicap, expliquant 22% de la variance. Les analyses post-hoc ont montré que ces différences s’observaient essentiellement entre les patients sans handicap et ceux avec handicap léger et portaient surtout sur le mode par défaut et un réseau exécutif. Nous avons calculé pour chacun un score d’intégrité de la connectivité fonctionnelle permettant de résumer l’ensemble de ces altérations. Cet outil simple permettait de prédire le handicap résiduel avec une spécificité de 91% et une sensibilité de 86%. Nous avons donc observé une diminution diffuse de la connectivité fonctionnelle des réseaux de repos chez les patients ayant un handicap résiduel, alors qu’une connectivité normale marquait un excellent pronostic fonctionnel. / Resting-state functional MRI is increasingly used to investigate brain networks in stroke patients. Most studies focused specifically on motor, attentional and language deficits. Here we have investigated the relationships between global post-stroke disability and functional connectivity of seven major cortical networks in subacute ischemic stroke patients. We have studied 50 patients with first-ever unilateral hemispheric stroke (29 men, 22 left strokes, 57 ± 14 years) with a median post-stroke delay of 4.5 weeks and 75 healthy volunteers (27 men, 55 ± 15 years). Seven cortical networks were characterized with a seed-based approach and for each network we distinguished inter-hemispheric, ipsi- and contra-lesional functional connectivity. The 22 patients without disability (modified Rankin’s scale 0-1) had normal functional connectivity in all networks whereas the 28 disabled patients had widespread and bilateral decreases in functional connectivity explaining 22 % of the variance. Secondary analyses showed that abnormalities mainly differentiate no disability from mild disability and may predominate in default-mode and top-down control networks. We have computed for each subject a functional connectivity index that summarizes all these abnormalities. This simple tool was strongly predictive of residual disability with a specificity of 91% and a sensitivity of 86%. In conclusion, widespread and bilateral alterations in cortical connectivity occur in disabled subacute stroke patients, whereas normal indicate excellent global outcome.

Au cours des deux derniers siècles, le Rhône a connu de fortes modifications de son régime hydrologique et de sa dynamique fluviale, aboutissant à une diminution drastique de la diversité structurelle et fonctionnelle des habitats, à la fois sur le fleuve et ses marges. Un programme de restauration ambitieux du fleuve a ainsi été lancé à la fin des années 1990. Cette thèse s'inscrit dans le suivi des travaux de restauration, entrepris entre 1999 et 2006, sur 18 chenaux latéraux. Elle se fonde sur l'analyse croisée de mesures in situ de la granulométrie du substrat, des épaisseurs de lames d'eau et de sédiments fins dans les chenaux latéraux, de données topographiques et hydrologiques ainsi que d’acquisitions photographiques aéroportées. Nous disposons de données avant travaux pour 12 chenaux latéraux et de 3 à 7 campagnes de mesures post-travaux, couvrant de 5 à 15 années. Afin d'évaluer l'ajustement des conditions hydromorphologiques, la diversité fonctionnelle et la pérennité des chenaux latéraux en tant qu'habitats aquatiques, l'étude s'appuie sur des statistiques et de la modélisation à portée prédictive. Nous démontrons que les patrons granulométriques et les vitesses d'accumulation des alluvions fines peuvent être relativement bien estimés à partir de descripteurs de l'hydrodynamisme des écoulements de crue dans les bras dépendant de leur géométrie (fréquence de connexion amont, contrainte de cisaillement et capacité de reflux). Les relations statistiques empiriques établies indiquent qu'il est possible d'estimer, a priori, l’effet de la modification de la géométrie des bras restaurés sur les patrons granulométriques et la quantité de fines qui s’y déposent. La durée de vie potentielle des bras est également estimée à partir des données acquises et discutée en fonction de différents modèles tendanciels. A l’issue de ces analyses, des outils opérationnels sont ainsi proposés, permettant de guider les futures opérations de restauration de ce type sur le Rhône. / Over the past two centuries, the hydrological regime and the fluvial dynamics of the Rhône River have been highly modified, leading to a drastic decrease in the structural and functional habitat diversity of the main river channel and floodplains. An ambitious restoration project was initiated at the end of the 1990's. This thesis deals with the monitoring of 18 floodplain channels, which were restored between 1999 and 2006. We combined analysis based on grain size of deposits, fine sediment thicknesses, water depth, topographical and hydrological data and airborne imagery. We used pre-restoration data for 12 floodplain channels coupled with between three and seven post-restoration surveys for each channel, ranging from 5 to 15 years after restoration. To assess the adjustment of hydromorphological conditions, the physical functional diversity and the persistence of floodplain channels as aquatic habitats, we used statistical analysis and a modeling approach that allowed us to forecast conditions. Results demonstrate that both (i) grain size patterns and (ii) fine sediment accumulation rates can be predicted using simple hydrologic and/or hydraulic descriptors (upstream overflow frequency, shear stress, back-flowing capacity), which reflect the control exerted by the geometry of floodplain channels on their flooding regime (upstream overflow frequency, shear stress and backflow capacity). Such empirical statistical relationships can be used a priori to estimate the potential effects of different floodplain channel geometries on the propensity to accumulate fine sediment and the grain sizes of this sediment. Estimates of potential ranges of floodplain channel life spans are provided and discussed according to multiple trend models. This research has direct application and provides tools to river managers that will help guide this type of floodplain channel restoration design in the future on the Rhône River.

Les écosystèmes marins sont soumis à des changements environnementaux rapides sous l’impact des pressions anthropiques croissantes qui menacent la persistance des espèces et des populations locales. Comprendre les effets de la variabilité génétique et des capacités de dispersion sur la persistance des espèces marines, est donc un enjeu majeur pour la conservation de la biodiversité. Mes travaux de doctorat répondent ainsi à deux objectifs principaux : (i) évaluer la distribution spatiale et les déterminants de la variation génétique de populations de poissons marins côtiers (ii) estimer les réponses des populations aux changements climatiques afin de mieux comprendre leur capacité de persistance.J’ai d’abord montré, à partir d’une synthèse bibliographique réalisée sur 31 espèces de poissons méditerranéens, que les traits écologiques liés à la mobilité et à la taille des populations influencent fortement le niveau de diversité génétique intra-populationnelle des espèces. Ensuite, j’ai étudié les déterminants de la variation génétique spatiale à partir des données récoltées sur 727 individus de rouget de roche (Mullus surmuletus) issus de 72 sites autour la Mer Méditerranée et regroupés en 47 groupes génotypés pour 1153 marqueurs SNP. Des analyses de génétique du paysage ont montré que la dispersion larvaire structure la variation génétique de l’espèce à moyenne et petite échelle spatiale (<1 000km), alors que l’isolement géographique, possiblement dû à l’histoire démographique des populations ou à l’adaptation, est le principal facteur structurant à plus large échelle. Finalement, l’étude de la variation génétique adaptative de M. surmuletus réalisée à l’aide d’un criblage génomique a mis en évidence une potentielle réponse adaptative de l’espèce au gradient Est-Ouest de salinité en Méditerranée.Dans un second temps, un modèle démo-génétique simulant la dynamique et la résilience des populations de coraux dans l’Indopacifique a montré qu’un mécanisme de « sauvetage évolutif » permet aux génotypes adaptés aux eaux les plus chaudes de diffuser entre les populations grâce à la connectivité larvaire. Ce mécanisme favorise la persistance des populations en permettant leur adaptation à des changements environnementaux qui conduiraient sans cela à des déclins, voir des extinctions locales.Finalement, l’ensemble de ces travaux ont mis en évidence la nécessité de considérer la connectivité et le potentiel évolutif des espèces dans les stratégies de conservation, afin de maximiser leur capacité de résilience et de persistance à long terme en dépit des crises environnementales de plus en plus prononcées. / World marine ecosystems are experiencing unprecedented anthropic pressures inducing rapid environmental changes that threaten the persistence of wild species and their local populations. Hence, understanding the effects of genetic variability and dispersal capacities on marine population persistence is a key issue for the conservation of biodiversity. My PhD work had two main objectives: (i) evaluate the spatial distribution and drivers of genetic variation across coastal marine fish populations, and (ii) estimate the response of populations to climate changes in order to better understand their ability to persist.First, by performing a synthesis of published literature on 31 Mediterranean fish species, I showed that ecological traits related to mobility and population size strongly influence the level of within-population genetic diversity across species. Then, I studied the drivers of spatial genetic variation using genetic data from 727 individuals of the stripped red-mullet (Mullus surmuletus) collected in 72 sites around the Mediterranean Sea, and grouped into 47 pools genotyped for 1153 single nucleotide polymorphism (SNP) markers. Seascape genetic analyses showed that larval dispersal predominantly structures M. surmuletus genetic variation at intermediate and local spatial scales (<1000 km), whereas geographic isolation, due to population demographic history or adaptation, is the main driver at larger spatial scale. Lastly, studying the adaptive genetic variation of M. surmuletus using genome scan revealed a potential adaptive response of this species to the East-West gradient in salinity across the Mediterranean Sea.Subsequently, using a demo-genetic model to simulate coral population dynamics and resilience across the Indo-pacific corals, I showed that the process of ‘evolutionary rescue’ can help genotypes adapted to warm ocean waters to move and migrate between populations thanks to larval connectivity. Evolutionary rescue can thus promote the persistence of populations by allowing them to adapt to environmental changes that would otherwise lead to population declines or even local extinctions.Finally, all of these results highlighted the need to better consider connectivity and the evolutionary potential of species in conservation strategies, in order to maximize their resilience capacity and long-term persistence in the face of more severe environmental crises.

Le système nerveux central est capable de mémoriser des percepts sur de longues échelles de temps (mémoire à long terme), ainsi que de maintenir activement ces percepts en mémoire pour quelques secondes en vue d’effectuer des tâches comportementales (mémoire de travail). Ces deux phénomènes peuvent être étudiés conjointement dans le cadre de la théorie des réseaux de neurones à attracteurs. Dans ce cadre, un percept, représenté par un patron d’activité neuronale, est stocké en mémoire à long terme et peut être chargé en mémoire de travail à condition que le réseau soit capable de maintenir de manière stable et autonome ce patron d’activité. Une telle dynamique est rendue possible par la forme spécifique de la connectivité du réseau. Ici on examine des modèles de connectivité corticale à différentes échelles, dans le but d’étudier quels circuits corticaux peuvent soutenir efficacement des dynamiques de type réseau à attracteurs. Ceci est fait en montrant comment les performances de modèles théoriques, quantifiées par la capacité de stockage des réseaux (nombre de percepts qu’il est possible de stocker, puis réutiliser), dépendent des caractéristiques de la connectivité. Une première partie est dédiée à l’étude de réseaux complètement connectés où un neurone peut potentiellement être connecté à chacun des autres neurones du réseau. Cette situation modélise des colonnes corticales dont le rayon est de l’ordre de quelques centaines de microns. On s’intéresse d’abord à la capacité de stockage de réseaux où les synapses entre neurones sont décrites par des variables binaires, modifiées de manière stochastique lorsque des patrons d’activité sont imposés sur le réseau. On étend cette étude à des cas où les synapses peuvent être dans K états discrets, ce qui, par exemple, permet de modéliser le fait que les connections entre deux cellules pyramidales voisines du cortex sont connectées par l’intermédiaire de plusieurs contacts synaptiques. Dans un second temps, on étudie des réseaux modulaires où chaque module est un réseau complètement connecté et où la connectivité entre modules est diluée. On montre comment la capacité de stockage dépend de la connectivité entre modules et de l’organisation des patrons d’activité à stocker. La comparaison avec les mesures expérimentales sur la connectivité à grande échelle du cortex permet de montrer que ces connections peuvent implémenter un réseau à attracteur à l’échelle de plusieurs aires cérébrales. Enfin on étudie un réseau dont les unités sont connectées par des poids dont l’amplitude a un coût qui dépend de la distance entre unités. On utilise une approche à la Gardner pour calculer la distribution des poids qui optimise le stockage de patrons d’activité dans ce réseau. On interprète chaque unité de ce réseau comme une aire cérébrale et on compare la distribution des poids obtenue théoriquement avec des mesures expérimentales de connectivité entre aires cérébrales. / The central nervous system is able to memorize percepts on long time scales (long-term memory), as well as actively maintain these percepts in memory for a few seconds in order to perform behavioral tasks (working memory). These two phenomena can be studied together in the framework of the attractor neural network theory. In this framework, a percept, represented by a pattern of neural activity, is stored as a long-term memory and can be loaded in working memory if the network is able to maintain, in a stable and autonomous manner, this pattern of activity. Such a dynamics is made possible by the specific form of the connectivity of the network. Here we examine models of cortical connectivity at different scales, in order to study which cortical circuits can efficiently sustain attractor neural network dynamics. This is done by showing how the performance of theoretical models, quantified by the networks storage capacity (number of percepts it is possible to store), depends on the characteristics of the connectivity. In the first part we study fully-connected networks, where potentially each neuron connects to all the other neurons in the network. This situation models cortical columns whose radius is of the order of a few hundred microns. We first compute the storage capacity of networks whose synapses are described by binary variables that are modified in a stochastic manner when patterns of activity are imposed on the network. We generalize this study to the case in which synapses can be in K discrete states, which, for instance, allows to model the fact that two neighboring pyramidal cells in cortex touches each others at multiple contact points. In the second part, we study modular networks where each module is a fully-connected network and connections between modules are diluted. We show how the storage capacity depends on the connectivity between modules and on the organization of the patterns of activity to store. The comparison with experimental measurements of large-scale connectivity suggests that these connections can implement an attractor neural network at the scale of multiple cortical areas. Finally, we study a network in which units are connected by weights whose amplitude has a cost that depends on the distance between the units. We use a Gardner's approach to compute the distribution of weights that optimizes storage in this network. We interpret each unit of this network as a cortical area and compare the obtained theoretical weights distribution with measures of connectivity between cortical areas.

Abstract: The default mode network of the brain is a set of functionally connected regions associated with introspection and daydreaming. Recent fMRI studies have discovered that the default mode network is often perturbed in the diseased brain. For example, the default mode network is known to be modulated in dementia, ADHD, depression, and schizophrenia, among others. This has led many into believing that this network could have a role in the physiopathology of nervous system disease, or could be a useful marker of brain function. However, very few studies have yet been done which investigate how surgical lesions such as brain tumours affect the default mode network. Consequently, the goal of this project was to characterise the effect of brain tumours on the default mode network based on their location, histological type, and other parameters. / Le mode de fonctionement par défaut du cerveau est un réseau cérébral associé à la rêverie et à l’introspection. Des études récentes sur ce réseau ont découvert qu’il est perturbé dans plusieurs pathologies cérébrales. Par example, le mode de fonctionnement par défaut est modulé en démence, TDAH, dépression, schizophrénie et plusieurs autres maladies liés au cerveau. Ceci a mené à l’hypothèse que le mode de fonctionnement par défaut pourrait avoir un rôle dans la physiopathologie des maladies du système nerveux, ou pourrait être un marqueur utile du fonctionnement cérébral. Par contre, très peu d’études ont investigué l’effet de lésions chirurgicaux comme les tumeurs cérébrales sur le mode de fonctionnement par défaut. Par conséquent, le but de ce projet était de caractériser l’importance de l’histologie, de la localisation et de plusieurs autres paramètres de l’effet d’une tumeur cérébrale sur le mode de fonctionnement par défaut.

La diffusion de l’hydrogène dans les métaux est un paramètre clef pour la compréhension des mécanismes de base de la fragilisation par l’hydrogène. Néanmoins, le rôle des joints de grains dans le processus de diffusion de cet élément reste à éclaircir. Avec une approche numérique, nous avons étudié les effets d’un réseau hétérogène de joints de grains sur la diffusivité macroscopique de l’hydrogène. Pour cela, des essais de perméation ont été simulés par la méthode des éléments finis, en modélisant le matériau comme un composite formé d’une phase intra-associée aux grains et deux phases intergranulaires, avec des propriétés de diffusion différentes. Nous avons montré, en caractérisant la topologie et la connectivité du réseau des joints de grains, qu’il existe des fortes corrélations entre les paramètres de connectivité et le coefficient de diffusion effectif. Il a été démontré également que ces corrélations sont plus importantes dans les matériaux nanocristallins. De plus, en utilisant une approche d’homogénéisation, il a été mis en évidence que le coefficient de diffusion effectif est contrôlé par le caractère percolant du réseau des joints de grains, sans pour autant avoir le même seuil de percolation que ces derniers. Une seconde étude, utilisant des microstructures de nickel obtenues par cartographies EBSD, a permis d’évaluer l’écart entre la connectivité des modèles simplifiés et les structures réelles. Cette étude a permis également de confronter les coefficients de diffusion effectifs obtenus par la simulation à des données de la littérature. En parallèle, une étude expérimentale a été conduite sur le nickel pour analyser l’influence des joints de grains sur la distribution locale de l’hydrogène. Les résultats ont montré des corrélations importantes entre la nature du joint de grains et le profil de concentration de l’hydrogène autour de ce joint, qui ne peuvent pas être expliquées uniquement par le processus de diffusion. / The diffusion of hydrogen in metals is a key factor for understanding the basic mechanisms of hydrogen embrittlement. However, the contribution of grain boundaries to the hydrogen diffusion is not well established. In this this work, we first investigated the effects of a heterogeneous grain boundary networks on the effective diffusivity in polycrystalline materials, using finite elements modeling. To do so, hydrogen diffusion through heterogeneous materials, modeled by a ternary continuum composite media, was simulated. We showed, by characterizing the grain-boundary connectivity, that there are strong correlations between the grain-boundary connectivity parameters and the effective diffusivity. It was found also that these correlations are more significant for nanocrystalline materials. Moreover, by using a homogenization method, it was evidenced that the percolation behavior of the effective diffusivity is controlled by the grain-boundary network evolution, without exhibiting the same percolation threshold than the latter. A second approach, using EBSD-based microstructures, was conducted to evaluate the effect of microstructural constraints on the grain boundary connectivity and to compare the effective diffusivity numerically obtained with experimental data on polycrystalline nickel from literature. In parallel, experimental analyses were performed to analyze the effects of the grain boundaries on the local hydrogen concentration. This highlighted the significant impact of grain-boundary character on the hydrogen distribution around grain boundaries, which can not be explained by the only diffusion process.

Les mutations génétiques et les conditions pathologiques affectent la connectivité functionnelle du cerveau. Nous avons combiné la mutagénèse chez la souris et l’analyse de connectivité fonctionnelle (CF) par imagerie en Resonance Magnétique Nucléaire (IRM) pour déterminer l’impact de la délétion du gène codant pour le récepteur orphelin GPR88 sur la CF du cerveau entier. En utilisant une approche non biaisée, nous avons découvert que la délétion génétique chez la souris altère fortement le Default Mode Network, une caractéristique de nombreuses maladies psychiatriques. Nous avons aussi observé des modifications importantes de la connectivité des cortex moteurs et somatosensoriels,et du striatum en accord avec le pattern d’expression du récepteur. Enfin, une analyse par régions d’intérêt montre une perturbation importante du réseau mesocorticolimbic, qui pourrait expliquer la tendance de ces animaux à consommer de fortes quantités d’alcool. La concordance entre les altérations de CF et celles du comportement des animaux GPR88 knockout positionnent ce récepteur comme une cible prometteuse pour le traitement de maladies psychiatriques. / Pathological agitations of the brain and the expression or mutation of single gene affect overall brain connectivity. Here we combined mouse mutagenesis with functional and structural MRI and explored mouse whole brain connectivity maps non-invasively in response to the inactivation of Gpr88 gene. We perceived robust modifications in the default mode network which is considered a hallmark of many psychiatric conditions, followed by sensori-motor network allied to sensorimotor gating deficiency underlying hyperactivity phenotype in Gpr88-/- mice. In addition, hippocampal and dorsal striatum functional connectivity perturbations might underlie learning deficiency and weakened amygdala connectivity with cortex and striatum might suggest triggering of risk-taking behavior previously observed in these animals. Moreover, Gpr88 deletion strongly modifies the reward network leading Gpr88-/- mice vulnerable to alcohol intake. This is the first evidence of Gpr88 involvement in reshaping the mouse brain connectome. The concordance between connectivity alterations and behavior deficits posits Gpr88 as a potential target for psychiatric disorders.

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est un outil de choix pour cartographier d’une manière non invasive l’activité du cortex, donnant ainsi un accès à l’organisation fonctionnelle cérébrale. Cette organisation des aires cérébrales en réseaux complexes reste encore un vaste sujet d’étude, autant dans le domaine de la recherche fondamentale, pour mieux comprendre le développement et le fonctionnement du cerveau, que dans le domaine clinique, à des fins diagnostiques par exemple. Les réseaux cérébraux dits de repos, chez un sujet donné, peuvent être observés lors d’études IRMf lorsqu’aucune tâche motrice ou cognitive n’est imposée au sujet imagé. La première partie de cette thèse a permis le développement d’une méthode automatique d’identification de ces réseaux. Réalisée à l’échelle du sujet, cette méthode permet de sélectionner tous les réseaux spécifiques au sujet ce qui s’avère nécessaire dans un cadre diagnostique où l’individu prime. Au delà de la détection et de l’identification de ces réseaux, l’étude de leurs modes d’interaction dans l’espace et dans le temps et plus généralement l’analyse de la dynamique de la connectivité fonctionnelle (DCF) fait l’objet d’un intérêt grandissant. Cette analyse nécessite le développement de méthodes innovantes de traitement du signal et de l’image qui, pour l’heure, sont encore de nature exploratoire. La deuxième partie de cette thèse présente donc de nouvelles approches pour caractériser la DCF en utilisant le cadre probabiliste de modèles de Markov cachés multidimensionnels. Les mécanismes conversationnels entre réseaux cérébraux peuvent ainsi être identifiés et caractérisés à l’échelle de la seconde. Deux applications, au niveau du sujet puis du groupe, ont permis de mettre en avant les modifications des propriétés dynamiques des interactions entre réseaux sous certaines conditions ou pathologies. / The functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a perfect tool for mapping in a non- invasive manner the activity of the cortex, giving access to the functional organization of the brain. This organization of brain areas into complex networks remains a large topic of study, both from a fundamental research perspective, to better understand the development and function of the brain, and from a clinical perspective, for diagnostic purposes for instance. The resting-state networks in a given subject can be observed in fMRI studies where no motor or cognitive tasks are imposed to the subject. The first part of this thesis focused on the development of an automatic identification method of these networks. Performed at the subject level, this method selects all the resting-state networks proper to the subject. Beyond the detection and identification of these networks, the study of interactions between these networks in space and time, and more generally the analysis of the dynamic functional connectivity (DFC), is the subject of growing interest. This analysis requires the development of innovative methods of signal or image processing that, for now, are still exploratory. The second part of this thesis thus presents new approaches to characterize the DFC using the probabilistic framework of multidimensional hidden Markov models. Conversational mechanisms between brain networks can be identified and characterized at the resolution of the second. Two applications, first on a single subject then on a group, helped to highlight the changes of dynamic properties of interaction between networks under certain conditions or diseases.