La circulation hydrothermale océanique est un élément clé dans le transfert de chaleur et de matière des profondeurs de la Terre vers sa surface. Certains sites hydrothermaux produisent de grandes quantités d'hydrogène et de méthane. C'est le cas du site de Rainbow (36°N), situé sur la dorsale médio-atlantique, auquel on s'intéresse ici. Les fortes concentrations d'hydrogène ([H2]=16 mM kg-1) et de méthane ([CH4]=2,5 mM kg-1) des fluides chauds (~365°C) émis par ce site ont été interprétées comme étant issues de l'hydratation des péridotites du diapir mantellique qui constitue son socle géologique du site, mais l'altération d'assemblages gabbroïques pourrait également être à l'origine de sa production d'hydrogène. Ces processus géochimiques dépendent fortement des caractéristiques de l'écoulement des fluides au sein de la matrice poreuse et fracturée du site. Cette étude a donc consisté au développement et à l'application de modèle numériques, thermo-hydrogéologique et géochimique et de leur chaînage, dans le but de caractériser la circulation hydrothermale, la production d'hydrogène et son transport au sein du site de Rainbow. Plusieurs résultats découlent de ces modélisations : la circulation hydrothermale est tridimensionnelle, de faible extension horizontale (Ø~2-8km), doit très probablement être canalisée par un chemin préférentiel de forte perméabilité, et peut être stable sur plusieurs milliers d'années. Nous avons pu montrer que l'hydrogène est produit par serpentinisation en amont de la zone de décharge et estimer les coefficients cinétiques in situ, la quantité d'hydrogène produite et montrer la possibilité d'une production d'une durée supérieure à 25 000 ans.

Le travail de recherche qui sera présenté porte sur la mise en évidence des différentes formes du cuivre présentes et des échanges qui existent entre les fractions particulaires, dissoutes et colloïdales du milieu profond. Il s'intéresse à la zone de mélange entre les sources profondes et l'eau de mer. L'amélioration de nos connaissances et l'optimisation de l'instrumentation permettent aujourd'hui de proposer le développement d'une stratégie d'échantillonnage et d'une approche qui prennent en compte les contraintes associées à la nature et à l'accessibilité de ces milieux éloignés. Ce travail a donné lieu à la mise en place de méthodes d'analyse effectives pour la mesure du cuivre et de ses ligands. Nos résultats ont montré que la spéciation physique semble essentiellement contrôlée par le pH et l'évolution des caractéristiques oxydoréductrices du milieu au cours de la dilution du fluide hydrothermal par l'eau de mer. La spéciation chimique du cuivre semble quant à elle principalement contrôlée par les ligands soufrés et le caractère oxydant du milieu. Elle a montré que le milieu est globalement plus complexant sur le site hydrothermal Lucky Strike que dans le bassin de Guaymas. A l'échelle du fumeur, la pseudopolarographie et les mesures de capacité complexante ont montré que le milieu est plus complexant dans la zone anoxique, près de la source, que dans la zone oxique où le cuivre est généralement labile et en excès par rapport à ses ligands (ses concentrations peuvent atteindre 100 nM). Dans la zone oxique, environ 27% des complexes formés sont dissociés par oxydation, tandis qu'environ 73% des complexes organiques et inorganiques CuHS+ est stabilisée.

Les changements de forme et les mouvements des cellules constituant les tissus relèvent de la morphogenèse épithéliale. Dans les tissus segmentés les compartiments antérieurs et postérieurs représentent des domaines morphogénétiques indépendants constitués de lignées cellulaires distinctes et séparées par des barrières biophysiques. Le laboratoire a montré que lors de la fermeture dorsale de l’embryon de drosophile, certaines cellules des segments centraux de l’ectoderme, appelées « Cellules Mixer » (CMs), sont reprogrammées pour traverser la frontière segmentale dans un phénomène qui prend le nom de « mixing ». La reprogrammation des CMs est JNK dépendante induisant l’expression de novo du gène engrailed (en). La mise au point de nouveaux outils génétiques a permis de révéler le rôle de deux familles de gènes impliqués dans les mécanismes de reprogrammation et de mixing : le gène Polycomb (Pc) et les gènes Hox. La technique de DNA-FISH, qui analyse l’interaction entre Pc et le PRE d’en, a ainsi montré que la voie JNK induit l’expression de novo d’en par dé-répression de l’activité Pc dans les CMs. De manière intéressante l’analyse approfondie des mutants Pc a dévoilé que les gènes Hox abdominal-A (abdA) et Abdominal-B (AbdB) contrôlent le domaine du mixing. Des expériences de gain et perte de fonction ont par la suite confirmé le rôle positif d’abdA et le rôle négatif d’AbdB dans le mixing. En conclusion, l’ensemble des résultats obtenus ont permis de dévoiler la présence d’un réseau génétique composé de par JNK, en, Pc et les gènes Hox contrôlant les mécanismes de reprogrammation cellulaire et de remodelage des frontières segmentales au cours du développement normal. / Tissue morphogenesis relies on patterned cell shape changes and movements taking place in specific morphogenetic domains. In segmented tissues, anterior and posterior compartments represent independent morphogenetic domains which are made of distinct lineages separated by boundaries. We previously reported on a rare event leading to the exchange of specific ‘Mixer Cells’ (MCs) between compartments of the ectoderm. During dorsal closure, MCs, which are of anterior origin, cross the boundary to integrate the adjacent posterior compartment through de novo expression of the posterior determinant Engrailed (En). This reprograming process is dependent on JNK signalling and is restricted to the central abdominal region. Here, we show that JNK signalling represses Polycomb (Pc) expression and that loss of Pc leads to an absence of MCs reprogramming. FISH-DNA coupled to immunostaining further shows that MCs fate transition is accompanied by a release of the en promoter from the repressing Pc bodies. Interestingly, our genetic data reveal that spatial control of MCs reprograming depends on the activity of the Hox genes abdominal-A (abdA) and Abdominal-B (AbdB). In their respective domains, abd-A promotes mixing while abd-B behaves as a strong repressor, thus restricting cell mixing to the central abdominal region. Together, these results provide new insights into the mechanisms of developmental reprogramming, showing that segment boundary plasticity relies on regional control of cell remodelling involving a gene regulatory network composed of JNK, en, Pc, and Hox activities.

La corne dorsale de la moelle épinière (CDME) est un site d’intégration et de modulation de l’information somatosensorielle. Les laminae profondes de la CDME jouent un rôle important dans la modulation des informations nociceptives. Notre objectif a été de caractériser les effets de la NA sur la transmission synaptique des laminae profondes de la CDME. Nous montrons que la NA facilite la transmission synaptique inhibitrice dans les laminae III-V de la CDME. Ce phénomène met en jeu l’activation d’adrénocepteurs alpha1, alpha2, et bêta et nécessite une communication interlaminaire intacte entre les laminae III-IV et V. L’inhibition du métabolisme glial produit les mêmes effets qu’une section mécanique entre les laminae IV et V. Une interaction entre les cellules gliales et les neurones des laminae profondes la CDME semble donc indispensable à l’effet facilitateur de la NA. / The dorsal horn of the spinal cord (DH) is an important site of integration and modulation of somatosensory information and deep laminae of the DH play an important role in the modulation of nociceptive information in the neuronal network of the spinal cord.Our aim was to characterize the effects of NA on synaptic transmission in deep laminae of the DH.We show that NA facilitates inhibitory synaptic transmission in laminae III-IV of the DH. This phenomenon involves the activation of alpha1, alpha2, and beta adrenoceptors and requires intact interlaminar communications between laminae III-IV and V. Glial cell metabolism inhibition has the same consequences as a mechanical section between laminae IV and V. These results indicate that an interaction between glial cell and deep laminae neurons of the DH seems essential for the facilitatory effect of NA on inhibitory synaptic communications in laminae III-IV of the DH.

L’objectif de cette thèse est de comprendre (1) si l’exhumation des roches mantelliques aux dorsales océaniques est compatible avec l’enregistrement des inversions de polarité du champ magnétique terrestre, (2) quels sont les processus associés aux anomalies magnétiques observées à l’aplomb des transitions océan-continent et (3) quelles sont les conséquences de ces processus sur les mécanismes de l’océanisation. Afin de travailler avec des données de résolution maximum, une méthode de calibration et d’interprétation des données magnétiques acquises proches du fond est développée dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, cette méthode est appliquée aux données magnétiques acquises à l’aplomb des domaines de manteau exhumé de la dorsale Sud-Ouest Indienne (SWIR). Il est ensuite montré que l’exhumation des roches mantelliques est associée à un signal magnétique de faible amplitude et de faible continuité spatiale rendant impossible l’identification des anomalies magnétiques d’accrétion océanique. De fait, il est proposé que contrairement aux basaltes, les roches mantelliques exhumées de la SWIR ne portent pas une aimantation rémanente suffisamment stable pour fossiliser la direction du champ magnétique terrestre. Dans le dernier chapitre, il est démontré que l’anomalie « J », antérieurement interprétée comme la première isochrone associée à la partie distale des marges Ibérie/Terre-Neuve, est en fait identifiée à l’aplomb d’une structure crustale particulière caractérisée par un haut topographique et un épaississement crustal. Par conséquent, il est proposé qu’un évènement magmatique majeur est à l’origine de la création de cette structure crustale et que cet événement est le déclencheur de la mise en place de la première dorsale océanique. / The aim of this work is to constrain (1) whether exhumation of mantle rocks at mid oceanic ridges is compatible with the record of polarity reversals of the Earth magnetic field, (2) what is the origin and the processes responsible for the magnetic anomalies observed at magma-poor rifted margins and (3) what are the consequences of these processes on continental breakup. In a first part, in order to work with high-resolution data, we develop a method for calibration and interpretation of deep-tow three component magnetic data. In a second part, we apply these methods to the data acquired above the large exhumed mantle domains of the ultraslow-spreading Southwest Indian Ridge. We show that, in these areas, neither the magnetic properties of the dredge samples nor the deep-tow magnetic data are consistent with the seafloor-spreading magnetic pattern commonly observed at mid oceanic ridges. We further suggest that in contrast to mid oceanic ridges basalts the exhumed serpentinized mantle rocks do not carry a sufficiently stable remanant magnetization to produce marine magnetic anomalies. In the last part, we show that the “J” anomaly, previously interpreted as the first seafloor-spreading anomaly of the Iberia and Newfoundland passive margins, is associated with locally high topography and thickened crust. We propose that this peculiar crustal structure results from voluminous magma both erupted at the surface and added beneath the exhumed mantle domain. We therefore propose that the J anomaly did not form during seafloor spreading but instead represents a pulse of magmatism that have triggered continental breakup.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La douleur est perçue par des neurones spécialisés, les nocicepteurs, dont le corps cellulaire est localisé, au niveau du tronc, dans les ganglions de la racine dorsale (DRG). Ces neurones détectent les informations sensorielles en périphérie (peau, muscles ou viscères) et les transmettent aux neurones spinaux qu'ils connectent au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière. D'un point de vue morphologique, anatomique, physiologique, mais également moléculaire, une hétérogénéité importante de ces neurones est observée. Le but principal du laboratoire est de trouver de nouvelles molécules impliquées dans les mécanismes moléculaires qui spécifient les différentes sous-populations neuronales des DRG. Dans ce cadre, il a été possible d'identifier et valider plusieurs gènes présentant un profil d'expression très particulier et spécifiant des populations neuronales bien distinctes au sein des DRG. Parmi ces gènes, tafa4 est principalement exprimé dans des neurones non-peptidergiques de type C. Tafa4 est une petite protéine sécrétée proche des chemokines de type CC dont la fonction est jusqu'à présent inconnue, et dont l'expression dans les DRG n'a encore jamais été décrite. Au cours de ce travail, j'ai pu identifier Tafa4 comme un nouveau marqueur d'une sous-population de neurones sensoriels des DRG : les C-LTMRs (C-Low Threshold MechanoReceptor). La génération d'une lignée de souris Tafa4 KO dans laquelle le gène tafa4 a été remplacé par la protéine fluorescente Vénus, nous a permis de mettre en évidence que la population de neurones tafa4+ projette en central dans la lamina II interne de la moelle épinière et en périphérique exclusivement au niveau de la peau poilue. / The perception of pain is initiated by the detection of noxious stimuli by the peripheral endings of primary nociceptive neurons. They are a specialized group of small-diameter pseudounipolar neurons with cell bodies in the dorsal roots ganglia (DRG). They give rise to thinly myelinated (Ad-fibers) or unmyelinated (C-fibers) afferent fibers, which convey the signal from the periphery to the dorsal horn of the spinal cord. Our laboratory is interested in molecular mechanisms which underlie the specification of somatic sensory neurons and their properties. In order to find novel molecular factors involved in this process, we identified several new nociceptor subtype specific genes by microarray experiments. Among these genes, tafa4 which encodes a small secreted protein distantly related to CC chemokine with unknown function, appears to have a DRG-specific expression from early developmental stages and becomes restricted to a subset of C-fibers non-peptidergic nociceptors in adult DRG. By using transgenic mice, we show that Tafa4 neurons specifically project to the dorsal horn lamina IIi and innervate the hairy skin. They have electrophysiological signature of C-Low-threshold mechanoreceptors (C-LTMRs), a population of sensory neurons implicated in the injury-induced mechanical hyper-sensitivity as well as in the affective component of touch. Mutant mice lacking Tafa4 do not present developmental defects and specify Tafa4 population correctly. However, despite no obvious molecular changes in Tafa4 mutants, these mice display significant increase in tissue injury induced hyper-sensitivity which could be reduced by intrathecally applied Tafa4 protein.

La circulation hydrothermale océanique est un élément clé dans le transfert de chaleur et de matière des profondeurs de la Terre vers sa surface. Certains sites hydrothermaux produisent de grandes quantités d’hydrogène et de méthane. C’est le cas du site de Rainbow (36°N), situé sur la dorsale médio-atlantique, auquel on s’intéresse ici. Les fortes concentrations d’hydrogène ([H2]=16 mM kg-1) et de méthane ([CH4]=2,5 mM kg-1) des fluides chauds (~365°C) émis par ce site ont été interprétées comme étant issues de l’hydratation des péridotites du diapir mantellique qui constitue son socle géologique du site, mais l’altération d’assemblages gabbroïques pourrait également être à l’origine de sa production d’hydrogène. Ces processus géochimiques dépendent fortement des caractéristiques de l’écoulement des fluides au sein de la matrice poreuse et fracturée du site. Cette étude a donc consisté au développement et à l’application de modèle numériques, thermo-hydrogéologique et géochimique et de leur chaînage, dans le but de caractériser la circulation hydrothermale, la production d’hydrogène et son transport au sein du site de Rainbow. Plusieurs résultats découlent de ces modélisations : la circulation hydrothermale est tridimensionnelle, de faible extension horizontale (Ø~2-8km), doit très probablement être canalisée par un chemin préférentiel de forte perméabilité, et peut être stable sur plusieurs milliers d’années. Nous avons pu montrer que l’hydrogène est produit par serpentinisation en amont de la zone de décharge et estimer les coefficients cinétiques in situ, la quantité d’hydrogène produite et montrer la possibilité d’une production d’une durée supérieure à 25 000 ans. / Hydrothermal activity along the axis of mid-ocean ridges is a key driver for energy and matter transfer from the Earth’s interior to the ocean floor. Numerous hydrothermal sites have been discovered, and some of them emit high quantities of hydrogen and methane. In this manuscript, the presented studies focus on the Rainbow site (36°N), situated on the Mid-Atlantic Ridge crest. The high hydrogen and methane concentrations ([H2]=16 mM kg-1and [CH4]=2,5 mM kg-1) of the hot fluids at this site have been interpreted as indicators of ongoing serpentinization processes. However, such high hydrogen and methane concentrations might be also produced by gabbroic alteration processes which could lead to a mineral assemblage such as chlorite + talc + magnetite + tremolite. These alteration processes are strongly dependent on the hydrothermal circulation characteristics and behaviours. In this study, we developed and used thermo-hydrogeological and geochemical numerical models, and their coupling, for characterization of hydrothermal circulation, and hydrogen production and transport, of the Rainbow vent site. We showed that hydrothermal circulation is conditioned by its 3D spatial configuration. This circulation is of small dimension (Ø > 2km), and should probably be organized by a preferential pathway of high permeability values. It has remained stable for several thousand years. We also showed that hydrogen was a product of serpentinization process that occurs far from the discharge zone. We estimated in situ kinetic coefficients, and the hydrogen mass currently produced each year. We showed the possibility of a long lifetime hydrogen production (>25000 yrs).

Le travail de recherche qui sera présenté porte sur la mise en évidence des différentes formes du cuivre présentes et des échanges qui existent entre les fractions particulaires, dissoutes et colloïdales du milieu profond. Il s’intéresse à la zone de mélange entre les sources profondes et l’eau de mer. L’amélioration de nos connaissances et l’optimisation de l’instrumentation permettent aujourd’hui de proposer le développement d’une stratégie d’échantillonnage et d’une approche qui prennent en compte les contraintes associées à la nature et à l’accessibilité de ces milieux éloignés. Ce travail a donné lieu à la mise en place de méthodes d’analyse effectives pour la mesure du cuivre et de ses ligands. Nos résultats ont montré que la spéciation physique semble essentiellement contrôlée par le pH et l’évolution des caractéristiques oxydoréductrices du milieu au cours de la dilution du fluide hydrothermal par l’eau de mer. La spéciation chimique du cuivre semble quant à elle principalement contrôlée par les ligands soufrés et le caractère oxydant du milieu. Elle a montré que le milieu est globalement plus complexant sur le site hydrothermal Lucky Strike que dans le bassin de Guaymas. A l’échelle du fumeur, la pseudopolarographie et les mesures de capacité complexante ont montré que le milieu est plus complexant dans la zone anoxique, près de la source, que dans la zone oxique où le cuivre est généralement labile et en excès par rapport à ses ligands (ses concentrations peuvent atteindre 100 nM). Dans la zone oxique, environ 27% des complexes formés sont dissociés par oxydation, tandis qu’environ 73% des complexes organiques et inorganiques CuHS+ est stabilisée. / This work presents the copper speciation in the deep ocean and the exchanges existing between different size fractions : particulate, dissolved and colloidal. It focus on the mixing zone between deep sources and seawater. The enhancement of our knowledge and the optimization of instrumentation make possible the development of sampling and analysis strategies accorded with the nature and the accessibility of these extreme environments. A part of this work consisted in the development of effective analysis methods for the quantification of copper and copper’s ligands. Our results showed that physical speciation seems to be essentially controlled by the variations of pH and oxydoreductive caracteristics during the dilution of the hydrothermal fluid by seawater. The chemical speciation of copper seems essentially controlled by sulfide ligands and the oxydative caracteristics of the environment. The environment is generally more complexing on Lucky Strike vent field than in Guaymas Basin. Around each vent, pseudopolarography and complexing capacities showed that the environment is more complexing in the anoxic zone, near the source, than in the oxic zone. In the oxic zone, copper is generally labile and its concentrations (they can reach 100 nM) exceed the ligands concentrations. In the oxic zone, around 27% of the complexes are dissociated, whereas around 73% remains stabilised.