L'enjeu de la thèse est de proposer une stratégie de gestion durable de la résistance génétique à la rouille brune du blé, basée sur des sources de résistance quantitative. Nous proposons d'identifier des résistances se traduisant par une diminution des performances du pathogène sur les différentes phases du cycle infectieux. Ainsi, l'exercice de contraintes diversifiées sur le pathogène devraient ralentir son adaptation et augmenter la durabilité de la résistance. La confrontation d'un ensemble de génotypes de blé à trois isolats de rouille brune a permis de mesurer le niveau de résistance pour cinq composantes en serre (efficacité d'infection, période de latence, taille de lésion, sporulation par lésion, sporulation par unité de surface sporulante), et à différentes étapes de l'épidémie au champ. Nous avons mis en évidence une grande diversité des composantes affectées, et une variabilité importante pour toutes les composantes. Le développement d'un modèle statistique a permis d'établir que l'ensemble des composantes intervient dans la détermination du niveau de résistance à l'échelle épidémique, mais l'efficacité d'infection et la latence sont les composantes qui jouent le rôle le plus important pour déterminer le niveau de résistance au champ. L'impact d'une composante sur le niveau global de résistance change selon les étapes de l'épidémie. Les trois isolats utilisés ont exprimé un profil d'agressivité contrasté vis-à-vis des différentes composantes. La cartographie des QTLs associés aux différentes composantes de résistance a permis d'établir que la diversité phénotypique observée est liée à une diversité génotypique. / The issue of this thesis is to propose a durable management of genetic resistance to wheat leaf rust, based on quantitative resistance. We propose to identify resistance factors reducing pathogen development across the different stages of the infectious cycle. Diversifying constraints exerted by host resistance on the pathogen development should slow down the pathogen adaptation, and increase resistance durability. A set of wheat genotypes was confronted to three leaf rust isolates, and resistance level was measured for five components in the greenhouse (infection efficiency, latent period, lesion size, spore production per lesion, spore production per unit of sporulating tissue), as well as at different stages of field epidemics. Across the germplasm investigated, the resistance components involved were diversified, and their resistance level varied. Developing a statistical model, we established that all the components are involved in the resistance level observed in field epidemics, the most important components being infection efficiency and latent period. The incidence of a component on the field resistance level varied across epidemic stages. The three pathogen isolates used displayed contrasted aggressiveness profiles, according to the different resistance components. QTL mapping of resistance associated to the different components showed that phenotypic diversity corresponded to genotypic diversity.

L'objectif de ces travaux vise à évaluer les performances techniques et environnementales d'un procédé de fractionnement et de purification d'hémicelluloses de pailles et sons de blé. La démarche employée consiste dans un premier temps à évaluer la faisabilité du procédé à une échelle pilote. Celui-ci implique notamment une opération de fractionnement par extrusion bi-vis et des étapes de concentration-purification par une combinaison d'ultrafiltration et de chromatographie sur résine. Il est comparé à un procédé plus classique où l'extrait extrudé subit une évaporation et une précipitation éthanolique. L'étude des compositions chimiques des extraits et des poudres produites à chaque étape du procédé permet d'observer que l'extrusion bi-vis donne des rendements plus faibles que d'autres techniques d'extraction, mais présente des avantages en termes d'échelle, de continuité du procédé, et de faibles consommations d'eau. Par ailleurs, l'ultrafiltration est une technique intéressante car elle permet une purification et une concentration des extraits simultanées et la chromatographie sur résine s'est avérée être une solution attractive pour la décoloration des extraits. Dans un second temps, la méthodologie d'analyse du cycle de vie (ACV) a été appliquée au procédé. Celle-ci a mis en avant le fort impact environnemental généré par certaines opérations unitaires et a donné lieu à l'identification de priorités d'actions pour l'amélioration du procédé. Ainsi, le scénario mettant en jeu une combinaison de l'ultrafiltration avec une chromatographie sur résine semble plus avantageux que celui mettant en jeu une évaporation sous vide combinée à une précipitation éthanolique. La démarche employée apporte également des réponses méthodologiques sur la démarche d'ACV appliquée aux procédés : l'importance de prendre en compte différentes méthodes de caractérisation, de tester la sensibilité de l'étude à l'unité fonctionnelle et aux hypothèses initiales ont été mises en avant. Enfin, dans le but de démontrer sa forte potentialité dans le domaine des procédés, l'ACV a été appliquée à certaines opérations unitaires. L'intérêt d'étudier l'influence des conditions opératoires des procédés sur les impacts environnementaux a été démontré. Par ailleurs, la nécessité de développer des outils de modélisation des procédés qui pourront être couplés à ceux de l'ACV afin d'intégrer pleinement les critères environnementaux au dimensionnement des procédés a été mis en avant. / The objective of this work was to evaluate the technical and environmental performance of a fractionation and purification process of hemicelluloses from wheat straw and bran. The approach used was first to assess the feasibility of the process on a pilot scale. This implied setting up twin-screw extrusion, concentration steps by ultrafiltration and a purification step by ion exchange chromatography. It was compared to a more traditional process where the extruded extract was treated by evaporation and ethanol precipitation. Study of the chemical composition of extracts and powders produced at each stage of the process, showed that the twin-screw extrusion gave lower yields than other extraction techniques, but had the advantage in terms of scale, continuity of the process and low water consumption. Furthermore, ultrafiltration is an interesting technique because it allows simultaneous purification and concentration of the extracts, and ion exchange chromatography proved to be an attractive solution for the removal of coloured compounds. In a second step, the life cycle assessment (LCA) methodology was applied to the process. This highlighted the strong environmental impact generated by some unit operations, and resulted in the identification of priorities to improve the process. Thus, the scenario involving a combination of ultrafiltration with ion exchange chromatography appears to be more advantageous than that involving vacuum evaporation combined with ethanol precipitation. The approach used also provides methodological answers for LCA applied to processes: the importance of taking into account different characterization methods, testing the sensitivity of the study to the functional unit, and reconsidering the initial assumptions, has been stressed. Finally, in order to demonstrate its high potential in the field of processes, LCA has been applied to some unit operations. The interest of studying the influence of process operating conditions on environmental impacts has been demonstrated. In addition, the need to develop tools for modelling processes that can be coupled to those of LCA in order to fully integrate environmental criteria into process design, has been highlighted.

Les évolutions des enjeux environnementaux et de la réglementation Européenne impliquent que la conception des produits automobiles s’appuie sur des évaluations environnementales des solutions de natures « systémiques ». L’ACV est la seule approche véritablement reconnue pour mesurer la performance environnementale des systèmes, en identifiant les étapes et les activités les plus polluantes sur l’ensemble de leur cycle de vie. Les résultats d’ACV permettent donc de prendre des mesures ou d’établir des stratégies de réduction des impacts environnementaux dès la phase de conception, en fournissant un retour d’expérience sur les solutions techniques évaluées. Pour ce faire, l’ACV doit être réellement intégrée et exploitée en temps réel dans le processus de conception. Cette condition est le seul moyen de « garantir » une « réelle et efficace » prise en compte de la performance environnementale des nouveaux produits dans les prises de décisions de conception. En effet, puisque une part importante de ces décisions revient aux concepteurs, l’implication de ces derniers dans l’évaluation environnementale est incontournable pour disposer d’un maximum d’espace d’éco-conception innovante. L’ACV dans sa forme normalisée et commercialisée s’avère cependant trop complexe pour être directement intégrée dans le processus de conception. Les difficultés majeures se posent sur l’appropriation même de l’outil par les concepteurs et sur son intégration dans le processus de conception. Nous avons développé et expérimenté durant cette thèse, au sein de l’équipementier Faurecia, une nouvelle méthodologie permettant d’opérationnaliser l’ACV en conception. Elle repose sur trois principes. Le premier principe porte sur une standardisation des hypothèses et du périmètre de la modélisation ACV pour un système produit dans une même entreprise. Le second principe consiste en une restitution du profil environnemental d’un produit sans passer par la modélisation ACV, grâce à une approche fictive par des «fonctions d’impacts». Le troisième principe vise à la simplification de l’interprétation des résultats d’ACV par les concepteurs, en réduisant le nombre de critères à prendre en compte et en facilitant leur compréhension grâce à la création d’un référentiel par familles de produits. / Developments in environmental issues and European regulations require that the design of automotive products is based on a "global and systemic environmental assessments” of technical solutions. LCA (Life Cycle Assessment) is the only truly recognized approach for measuring the environmental performance of systems, by identifying the critical steps and the most polluting activities throughout their life cycle. The LCA results enable then taking action or developing strategies to reduce environmental impacts from the design phase, providing feedback on the evaluated technical solutions. To do this, LCA must be truly integrated and operated in “real time” in the design process. This condition is the only way to "guarantee" a "real and effective" consideration of the environmental performance of new products in design decisions. Since a significant part of these decisions belong to the design team, their involvement in the environmental assessment is essential to have a maximum space for eco-innovative design. LCA in its standard and marketable form is too complex to be directly integrated into the design process. Several difficulties arise regarding mainly the tool appropriation by the design team and its integration into the design process. We have developed and tested during this thesis, with the automotive supplier Faurecia a new methodology to operationalize the LCA in the design phase. It stands on three principles. The first principle deals with standardization of assumptions and the scope of the LCA modeling for a product in the same company. The second principle is returning the environmental profile of a product without going through the LCA modeling, through a fictional approach by "functions of impact". The third principle is to simplify the interpretation of LCA results by the design team, by reducing the number of criteria to consider and facilitate their understanding by creating an environmental system of reference per range of product.

Le sol fait face à de nombreuses pressions anthropiques qui menacent son fonctionnement et sa capacité à fournir des services essentiels au bien-être humain. Pour évaluer l’effet de ces perturbations et proposer de nouvelles voies de gestion des sols, il est nécessaire de développer des méthodes d’évaluation de la qualité des sols opérationnelles. La qualité des sols a été définie comme « la capacité des sols à fonctionner […] » (Karlen et al., 1997). Cependant, la littérature scientifique se focalise plutôt sur son état et ses propriétés que sur son fonctionnement. En effet, la qualité des sols est généralement appréhendée comme une somme de propriétés édaphiques, chimiques et biologiques qui ne tiennent pas compte des nombreuses interactions de cet écosystème. Cette étude propose un nouveau cadre conceptuel d’évaluation fonctionnelle de la qualité des sols basé sur la mesure directe des fonctions portées par les assemblages biologiques du sol. A partir de ce cadre, un nouveau set d’indicateurs, nommé Biofunctool®, a été développé. Biofunctool® permet de renseigner trois fonctions du sol (transformation du carbone, cycle des nutriments et maintenance de la structure) à partir de douze indicateurs, bords de champ et de faible technicité. Le set d’indicateurs a été appliqué dans divers sites expérimentaux en Asie du Sud Est et a permis de relever l’impact i) de la transition entre une culture annuelle et une culture pérenne, ii) de l’évolution du développement de cultures pérennes et iii) d’une couverture du sol avec légumineuses en plantation d’hévéa sur la qualité des sols. L’évaluation locale et fonctionnelle de la qualité des sols a pu ensuite être extrapolée à une échelle plus globale grâce à un modèle prédictif. Ce modèle permet de répondre à une forte attente d’intégration d’un indicateur fonctionnel de qualité des sols dans les modèles d’évaluation environnementale à une échelle globale comme l’Analyse Cycle de Vie. / Soils are currently threatened by many human activities that jeopardize soil functioning and its ability to provide ecosystem services, vital for human well-being. In order to assess human impacts and to propose new management practices to protect soils, it is necessary to implement assessments of soil quality. Soil quality was defined by Karlen et al. (1997) as “the capacity of soil to function […]”. However, in the literature, most of study focus on assessment of soil properties and intrinsic states rather than focusing on the soil functioning and the multiple interactions within the complex system. This study proposes a new integrative approach of the soil quality from direct assessment of the functions carried out by the soil biological assemblages, namely Biofunctool®. Biofunctool® allows for assessing three soil functions (carbon transformation, nutrient cycling, structure maintenance) based on twelve functional, in-field and low-tech indicators. Biofunctool® was applied over several case studies in Thailand to assess the impact of various land management on soil quality. The results pinpointed the impact of the conversion from an annual cropping system to a perennial one on soil; it also raised the evolution of soil quality over perennial tree stands and the impact of cover crop in rubber tree systems. The local assessment of soil integrative quality was then scaled up, to be integrated within the Life Cycle Assessment framework through a predictive model approach. The model developed allows to meet the current demand in defining integrative indicators of soil quality adapted to global scale environmental frameworks.

Chez les diatomées du genre Pseudo-nitzschia, certaines espèces produisent une neurotoxine, l’acide domoïque responsable chez l’homme d’intoxications amnésiantes suite à la consommation de mollusques contaminés. En Baie de Seine, la variabilité interannuelle de ces efflorescences toxiques, qui provoquent certaines années des fermetures de zones de pêche à la coquille Saint-Jacques, est liée à des changements de diversité spécifique au sein des communautés de Pseudo-nitzschia. Cette thèse avait pour objectif de caractériser la diversité écophysiologique au sein du genre Pseudo-nitzschia afin de mieux comprendre les facteurs qui influencent les différences de toxicité et de phénologies des efflorescences des principales espèces de Pseudo-nitzschia de Baie de Seine. Différents paramètres physiologiques, tels que la croissance, la production d’acide domoïque, les quotas élémentaires, les paramètres photosynthétiques, ainsi que les paramètres de cinétiques d’absorption du nitrate, du silicate et du phosphate, ont été étudiés chez quatre espèces : P. australis, P. pungens, P. fraudulenta et P. delicatissima. De plus, la variabilité intraspécifique a été évalué en étudiant de nombreuses souches par espèce et en estimant l’influence des variations de la taille cellulaire liées au cycle de vie de Pseudo-nitzschia sur les paramètres physiologiques. Les résultats montrent une importante diversité intraspécifique de la physiologie des quatre espèces, en partie liée à la taille cellulaire et parfois au cycle de vie. La connaissance de cette diversité intraspécifique a permis de caractériser différents traits physiologiques pour chaque espèce. Les résultats apportent des éléments de compréhension sur les conditions physiologiques favorables à la production d’acide domoïque et le rôle des éléments nutritifs dans le déterminisme des efflorescences des espèces de Pseudo-nitzschia. / In the diatom Pseudo-nitzschia, some species produce a neurotoxin called domoic acid responsible for amnesic shellfish poisoning in humans following the consumption of contaminated molluscs. In the Bay of Seine (English Channel), the variability of bloom toxicity is linked to differences in the Pseudo-nitzschia species diversity. The aim of this thesis was to characterize the ecophysiological diversity within the genus Pseudo-nitzschia in order to better understand the physiological parameters influencing differences in toxicity and bloom phenology among the main Pseudo-nitzschia species of the Bay of Seine. Growth, domoic acid production, elemental intracellular quotas, photosynthetic parameters and kinetic parameters for nitrate, phosphate, and silicic acid uptake were studied in four Pseudo-nitzschia species: P. australis, P. pungens, P. fraudulenta et P. delicatissima. The intraspecific variability was characterized with a multi-strain approach and also considering the effect of cell size on the studied physiological parameters. The results highlight the importance of the intraspecific variability in the physiology of the four species, in part due to cell size reduction linked to Pseudo-nitzschia life cycle. Delineate the intraspecific diversity allowed to characterize different physiological traits for each species. This work brings new information on the physiological conditions favorable to domoic acid production and on the role of nutrients in controlling Pseudo-nitzschia species diversity during blooms.

Environ 65% des eaux intérieures sont menacées modérément ou fortement par l'altération anthropique et le changement climatique. La Terre a perdu environ la moitié de ses habitats d'eau intérieure au cours des cent dernières années et le prélèvement mondial d'eau devrait augmenter de plus de 50% au cours des 20 prochaines années. Dans ce contexte, la concurrence pour les ressources en eau entre les humains et les écosystèmes est appelée à s'intensifier au détriment de la biodiversité d'eau douce. Pour cette raison, il est aujourd'hui impératif de quantifier et de sauvegarder les besoins en eau de ces écosystèmesEn tant qu'outil global d'aide à la prise de décision, plusieurs modèles d'évaluation d'impact de la consommation d'eau sur les écosystèmes ont été proposés dans le cadre de l'analyse du cycle de vie (ACV). L'un des défauts importants des modèles actuels d'ACV, qu'ils soient mécanistes ou non-mécanistes, midpoint ou endpoint, c’est la prise en compte limitée des besoins environnementaux en eau (EWR). Pour cette raison, les approches existantes pour l'évaluation des EWR ont été étudiées, afin d'évaluer les avantages potentiels d'une meilleure prise en compte des principes écohydrologiques dans l’ACV sur les écosystèmesCela a permis de définir le concept d'habitat d'eau douce en ACV et d'élaborer un cadre conceptuel pour l'application des méthodes de simulation d'habitat dans la modélisation. Un indicateur midpoint du potentiel de changement d'habitat (HCP) évaluant l'impact de la modification du débit sur les habitats des poissons et des invertébrés dans les cours d'eau a été élaboré. Le nouveau modèle a été testé sur le réseau fluvial français à l'échelle du tronçon fluvial, en caractérisant le changement d'habitat en saison sèche et humide. Les HCP ont ensuite été agrégés à l'échelle du bassin versant. Après, le nouveau modèle a été généralisé pour permettre une extension globale. Les variables d'entrée du modèle HCP généralisé ont été calculées à partir des bases de données et des modèles existants sur une résolution mensuelle. Les limites, l'incertitude et les perspectives de recherche de la nouvelle approche ont finalement été discutées. / Approximately 65% of inland waters are under moderate or high threat by anthropogenic alteration and climate change. Earth has lost around half of inland water habitats in the last hundred years and global water withdrawal is expected to increase by more than 50% within the next 20 years. In this context, competition for water resources between humans and ecosystems is set to rise at the expense of freshwater-dependent biodiversity. For this reason, nowadays it is imperative to quantify and safeguard water needs of freshwater-dependent ecosystems.As a global tool to support decision-making, in life cycle assessment (LCA) several models for life cycle impact assessment (LCIA) of water consumption on ecosystems have been proposed. One important flaw of current LCIA models, whether they are mechanistic or non-mechanistic, midpoint or endpoint-oriented, is their limited consideration of environmental water requirements (EWR). For this reason, existing approaches for EWR assessment have been investigated to evaluate potential benefits of better including ecohydrological principles in LCIA on ecosystems.This enabled the definition of the concept of freshwater habitat within the boundaries of LCIA and the development of a framework for the application of habitat simulation methods in LCIA modeling. A midpoint habitat change potential (HCP) indicator assessing the impact of flow alteration on instream habitats of fish and invertebrates was developed. The new model has been tested on the French river network at the river reach scale, characterizing habitat change in wet and dry seasons. HCPs were then aggregated at watershed scale. The new model was subsequently generalized to allow global extension. Input variables of the generalized HCP model have been calculated from existing databases and models on a monthly resolution. Limitations, uncertainty and research perspectives of the new approach are discussed.

L’analyse de cycle de vie des bâtiments (ACV) permet d’évaluer les impacts environnementaux associés à une construction sur l’ensemble de son cycle de vie mais aussi d’aider à choisir les variantes les plus durables dans une démarche d’écoconception. De nombreuses sources d’incertitudes pèsent sur la modélisation environnementale des bâtiments. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie pour les prendre en compte et ainsi progresser vers une fiabilisation de l’ACV des bâtiments. Les éléments du modèle qui ont le plus d’influence sur les résultats, et qu’il serait utile de connaître de manière plus précise sont identifiés à l’aide de méthodes d’analyse de sensibilité (AS). Les temps de calcul peuvent être longs pour ces méthodes alors qu’en conception, un temps limité est généralement consacré aux études d’ACV des bâtiments. Plusieurs AS sont comparées en termes de compromis temps de calcul / précision. L’effet des incertitudes sur le choix d’une variante bâtie est étudié en appliquant une méthodologie intégrant des AS et des analyses d’incertitude (AI) adaptées au contexte de comparaison de variantes. Cela permet de rechercher des améliorations d’un projet à un niveau de confiance donné en se concentrant sur les indicateurs environnementaux pour lesquels le choix d’une variante affecte significativement les résultats. La démarche de quantification des incertitudes proposée peut être appliquée au cycle de vie complet de bâtiment et prendre en compte des sources d’incertitudes variées rencontrées en ACV des bâtiments. Les méthodes employées ont été intégrées à une plateforme d’écoconception intégrant des outils de simulation énergétique dynamique (SED) et d’ACV. / Building life cycle assessment (LCA) is a tool used to assess the environmental impact of a construction over its entire life cycle, and to help choosing the most sustainable building alternative in an ecodesign context. Many uncertainty sources arise in the environmental modelling of buildings. The aim of this thesis is to propose a methodology to take them into account and to progress towards more reliable building LCA tools. Model inputs and parameters having the most influence on the results and that should be more precisely known were identified using sensitivity analysis (SA) methods. The calculation time required for the application of these methods may be long, whereas a limited time is generally available to conduct a building LCA study. Several SA methods were therefore compared in terms of a calculation time / precision compromise. The effect of uncertainties on the choice of a built alternative was studied using SA and uncertainty analysis (UA) that are suitable in the context of variants comparison. In that way, the environmental improvements of a project are chosen at a given level of confidence and focusing on the environmental indicators for which the choice of an alternative affects the results significantly. The proposed uncertainty quantification process is applicable to the whole building life cycle and makes it possible to take into account various uncertainty sources arising in building LCA. The used methods were integrated into an ecodesign platform consisting in a dynamic building energy simulation (DBES) and an LCA tool.

Maintenir la qualité des ressources en eau est l'un des défis majeurs auxquels la société d’aujourd’hui doit faire face. Il est donc primordial que ce critère soit intégré correctement dans les méthodes d’analyse d’impacts environnementaux, tel que l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cependant, l’estimation de la qualité de l’eau et la manière dont cette information est utilisée dans les modèles d’évaluation d’impacts soulève un certain nombre de challenges méthodologiques, d’où la problématique de recherche : « Comment considérer la qualité de l’eau dans l’évaluation des impacts de l’utilisation de l’eau en ACV, de l’inventaire aux Aires de Protection ? ». Ce travail de thèse propose dans un premier temps une étude approfondie du rôle et de la nécessité de l’information « qualité de l’eau » dans l’évaluation des impacts de plusieurs type d’utilisation d’eau (usage consommatif, dégradatif et amélioration de la qualité). Cette étude s’applique aux différentes chaines de causalité de manière mécanistique, jusqu’aux trois Aires de Protection (AoP) santé humaine, qualité des écosystèmes et ressources naturelles. Afin d’améliorer la compréhension et la considération des impacts de l’utilisation de l’eau sur l’AoP ressources naturelles, un cadre théorique consensuel élaboré en collaboration avec WULCA (le groupe Water Use in LCA, de l’UNEP-SETAC Life Cycle Initiative) est défini. Ce cadre fournit une base solide pour l’élaboration cohérente de méthodes d’analyse d’impacts, permettant d’évaluer la diminution irréversible de la disponibilité physique de l'eau douce et/ou de son degré d'utilisabilité pour les générations futures. La thèse se conclut par le développement d’un modèle de caractérisation d’impacts de la dégradation des ressources en eau causée par des émissions. Des facteurs de caractérisation sont calculés pour cinq métaux, au niveau midpoint. L’application de ces indicateurs permet d’améliorer l’interprétabilité des résultats concernant les défis futurs liés aux ressources en eau ainsi que les résultats des impacts sur la santé humaine liés aux problèmes de qualité d’eau / Maintaining the quality of water resources is one of the major challenges society faces today. It is therefore essential that this criterion be properly integrated into environmental impact assessment methods, such as Life Cycle Assessment (LCA). However, the estimation of water quality and how this information is used in impact assessment models raises a number of methodological challenges; hence, the general research question is “How to consider water quality in water use impact assessment in LCA, from inventory to Areas of Protection?” This thesis first provides a detailed study about the role and necessity of "water quality" information in assessing impacts of different types of water use (consumptive and degradative use, as well as quality improvement). This study applies to the different cause-effect chains in a mechanistic way, in view of the three Areas of Protection (AoP) human health, ecosystem quality and natural resources. In order to improve the understanding and consideration of the water use impacts on the AoP natural resources, a consensual framework, developed jointly with WULCA (Water Use in LCA group of the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative), is presented. This framework provides a solid basis for the consistent development of impact characterization models to assess the irreversible reduction in physical availability of freshwater and its quality-based usability for future generations. The thesis ends with the development of a characterization model for water resource degradation impacts caused by emissions. Characterization factors are calculated for five metals at the midpoint level. The application of these indicators improves the interpretability of LCA results regarding future water resource challenges and water-quality related impacts on human health.

L’avènement des nanotechnologies engendre une exposition accrue de l’homme aux nanomatériaux, représentant un risque d’un genre nouveau. A cet égard un grand nombre de recherches porte sur l’étude de leur toxicité. Néanmoins, les questions de dégradation et transformation des nanoparticules dans l’organisme sont encore peu abordées. Des études effectuées au laboratoire ont montré qu’après injection de nanoparticules d’oxyde de fer in vivo, celles-ci sont confinées dans les lysosomes où elles sont dégradées. Une partie de mes travaux de thèse se sont concentrés sur une voie possible de métabolisation des produits de dégradation issus de nanoparticules d’oxydes de fer par l’intermédiaire d’une protéine intervenant dans le métabolisme du fer, la ferritine. Nous avons élaboré plusieurs stratégies afin de détecter et de suivre le transfert de métaux vers la ferritine. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un processus de prise en charge des produits de dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle moléculaire. Une seconde partie de mes travaux ont été consacré au suivi des produits issus de la dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle de l’organisme. La haute concentration endogène en fer rendant impossible ce suivi, une stratégie consistant à marquer les nanoparticules de fer avec un isotope du fer, le 57Fe, a permis de suivre les dynamiques de circulation des produits de dégradation in vivo sur une période de six mois. Nous avons également effectué un double marquage des nanoparticules, du cœur inorganique ainsi que de leur enrobage afin de caractériser leur intégrité in vivo / With the advent of nanotechnology, the exposure of humans to nanomaterials increased, representing a risk of a new kind. Although the potential toxicity of such nanomaterials is extensively studied, their long term fate, biotransformation and degradation in the organism are still poorly understood. It was demonstrated earlier in the laboratory, that after intravenous injection, iron oxide nanoparticles undergo local intracellular degradation within lysosomes. In this context, we are interested in the fate of by products from iron oxide nanoparticles. Part of my thesis has focused on a possible pathway for metabolizing these degradation products through a protein involved in iron metabolism, the ferritin. We first studied, in solution, the degradation processes of iron oxide nanoparticles in the presence of these proteins as well as the iron transfer processes from nanoparticles to ferritin. The difficulty is the high concentration of endogenous iron which makes impossible to demonstrate these in vivo transfers. Thus, we have developed a strategy, using doped iron oxide nanoparticles with a scarce element in the organism, to track these phenomena in vivo. This work highlighted a possible mechanism of biological recycling, remediation and detoxification of nanoparticles mediated by endogenous proteins at the molecular scale. A second part of my work was devoted to develop a multi-scale method to study the life cycle of metal oxide nanoparticles and their by products in organism. The main challenge is to differentiate iron stemming from the nanoparticles from the endogenous iron. This specific tracking problem is routinely encountered in geochemical studies and solved by labelling the target material with minor stable isotopes. Therefore, iron oxide nanoparticles enriched in the minor stable isotope 57Fe were synthetized and injected intravenously in mice to follow dynamic circulations of iron oxide nanoparticles and their byproducts. We have also labelled the coating to track the nanoparticles integrity in mice over a period of six month

Le développement, l'exploitation et la maintenance des systèmes urbains intelligents sont des tâches très complexes et impliquent de nombreux acteurs de différentes disciplines et domaines. Dans la plupart des cas, ces systèmes se trouvent à différentes phases de conception, de déploiement et d'exploitation, c'est-à-dire à différentes phases de leur cycle de vie. Par conséquent, les concepts de gestion du cycle de vie sont très importants pour mieux gérer le développement des villes intelligentes en tant qu'écosystème complet à travers les différentes phases du cycle de vie. Cet argument est étayé par les résultats de notre enquête sur les villes intelligentes, où les informations récoltées des parties prenantes interrogées prouvent la pertinence d’une approche cycle de vie pour répondre aux neuf préoccupations identifiées; non alignement sur les objectifs stratégiques, échec réglementaire au niveau des différentes phases, retard dans le «time to market», processus disjoints, partage des connaissances et traçabilité des données difficiles, échange inefficace de données/informations; et utilisation inefficace et inefficiente des infrastructures. Pour répondre aux préoccupations mentionnées ci-dessus, cette thèse propose l'application des éléments fondamentaux du cycle de vie aux villes intelligentes, ce qui nécessite l'introduction de la notion de temps dans la modélisation urbaine intelligente en ajoutant le point de vue « cycle de vie » comme nouvelle dimension de leurs architectures multicouches. L'approche proposée comprend deux éléments. Le premier est le modèle tridimensionnel qui permet aux développeurs de villes intelligentes d'envisager trois points de vue : les couches de l'architecture, le temps (phases du cycle de vie) et les domaines. Le deuxième correspond à la notion d'interaction qui permet l'intégration entre les systèmes de gestion du cycle de vie et les plateformes IoT. Cette approche est validée à travers un cas d'utilisation d’un système de stationnement intelligent « Smart Parking », proposé dans le cadre de la Coupe du Monde™ de la FIFA 2022. Le système de stationnement intelligent proposé est stratégiquement aligné sur les objets Smart Qatar et relie toutes les parties prenantes concernées à travers les différentes phases du cycle de vie. Pour assurer l'interopérabilité sémantique, le système de stationnement intelligent utilise les normes DATEX II pour les données statiques et dynamiques liées au stationnement. Enfin, le cas d'utilisation met l'accent sur l'intégration entre les données liées au cycle de vie et les données IoT à travers l'interaction entre un système de cycle de vie Aras Innovator® (construction de nomenclatures, gestion de configurations, etc.) et une plate-forme d’implémentation de référence IoT O-MI/O-DF (publication peer-to-peer, découverte d'informations liées au stationnement sous une forme agrégée). / Smart city system development, operation and maintenance are very complex tasks and involve numerous stakeholders from different disciplines and domains. In most cases, these systems are at different phases of design, deployment and operation, i.e. at different phases of lifecycle. Hence, lifecycle management concepts are very important to better manage smart city development as a complete ecosystem across different phases of lifecycle. This argument is supported by the findings of our smart city survey, where the information gathered from interviewed stakeholders proves the relevance of a lifecycle approach to address the identified nine concerns; non-alignment to strategic objectives, regulatory failure at different phases, delay in “time to market”, disjointed processes, difficult knowledge sharing and data traceability, inefficient and delayed exchange of data/ information, and inefficient and ineffective use of infrastructure.To address the abovementioned concerns, this thesis proposes the application of lifecycle management concepts in smart cities, which requires the introduction of the time notion to smart city modeling by adding the lifecycle viewpoint as a new dimension to the multi-layered architecture. The proposed smart city lifecycle-based approach consists of two components. First, the three-dimensional model that enables smart city developers to consider three viewpoints: Architecture Layers, Time (Lifecycle Phases), and Domains. Second, the interaction approach that enables integration between lifecycle management systems and IoT platforms. This approach is validated through a use-case of Smart Parking System, proposed as part of the FIFA World Cup™ 2022. The proposed smart parking system is strategically aligned to Smart Qatar objectives and connects all relevant stakeholders across the different lifecycle phases. To ensure semantic interoperability, the smart parking system uses the DATEX II standards for static and dynamic parking related data. Finally, the use-case focuses on the integration between lifecycle related data and IoT data through the interaction between Aras Innovator® lifecycle system (BoM construction, configuration management, etc.) and the O-MI/O-DF IoT Reference Implementation Platform (peer-to-peer publication and discovery of parking-related information in an aggregated form).