Chaque année, les épidémies de grippe, dont les principaux agents étiologiques sont les virus influenza de type A, ont un impact considérable sur la population en terme de morbidité et de mortalité. Le virus influenza A comporte à sa surface deux glycoprotéines, la neuraminidase et l’hémagglutinine. Ces deux protéines ont des fonctions antagonistes : l’hémagglutinine permet l’entrée du virus dans la cellule hôte et la neuraminidase, par son activité sialidase, libère les nouveaux virions formés. Bien que la prophylaxie du virus grippal repose essentiellement sur la vaccination, les antiviraux jouent un rôle important dans la lutte contre les épidémies de grippe et dans la stratégie développée en prévision d'une pandémie grippale. Les inhibiteurs de la neuraminidase (INAs) sont des antiviraux efficaces contre la grippe. Ils inhibent l’activité enzymatique de la neuraminidase et empêchent la libération des nouveaux virions formés. La démarche méthodologique qui a conduit à l’élaboration de molécules ciblant la neuraminidase laissait espérer une apparition limitée de résistance. Cependant, des cas de résistances aux INAs ont été mis en évidence lors d’études cliniques. Outre la nécessité d’une surveillance étroite, il est donc important d’étudier et de comprendre les diverses mécanismes susceptibles d’induire une résistance aux INAs. Le travail de cette thèse s’est ainsi porté sur la compréhension de la diversité des mécanismes de résistance. Dans un premier temps, nous avons étudié l’impact de mutations sur l’ensemble des résidus structuraux du site actif de la neuraminidase. Nous avons observé que la plupart de ces mutations n’altéraient pas les caractéristiques du virus et induisaient une légère baisse de sensibilité aux INAs. Par la suite, nous avons cherché à explorer les possibilités de synergie dans la résistance aux INAs par la combinaison de deux mutations structurales du site actif de la neuraminidase. Sur quatre virus produits, seul le virus possédant la double mutation E119V+I222L était viable, malgré une capacité réplicative in vitro altérée. La combinaison de ces deux mutations induit une synergie dans la résistance à l’oseltamivir. Enfin, nous avons voulu intégrer l’interaction fonctionnelle de la neuraminidase avec l’hémagglutinine. Nous avons montré que la combinaison d’une hémagglutinine de faible affinité pour les récepteurs sialylés permettait de restaurer un virus possédant une neuraminidase déficiente. Ainsi, un virus influenza peut se libérer de la fonction de la neuraminidase, cible des seuls antiviraux efficaces disponibles à l’heure actuelle. Les mécanismes de résistances aux inhibiteurs de la neuraminidase sont multiples. L’émergence durant les deux dernières saisons hivernales de virus résistants aux INAs sans pression de sélection a remis en question les hypothèses développées sur l’infectivité et la transmissibilité de souches résistantes, ouvrant de nouvelles perspectives quant à l’étude des mécanismes permettant l’obtention de virus épidémiogènes résistants aux INAs / Each winter, influenza epidemics have a considerable impact on the population in terms of morbidity and mortality. Influenza A virus is the main etiologic agents of influenza. They present at their surface two glycoproteins, the neuraminidase and the hemagglutinin. These two proteins have antagonist functions : the hemagglutinin allows the virus to enter the host cell and the neuraminidase, through its sialidase activity, releases progeny virions from host cells. Although prophylaxis of influenza is mainly based on vaccination, antiviral drugs play a very important role in the fight against epidemics of influenza and the strategy developed in anticipation of a flu pandemic. The neuraminidase inhibitors are effective antiviral against influenza. Through the inhibition of the neuraminidase enzymatic activity, they prevent the release of new virions formed. The introduction into clinical practice of new drugs requires monitoring in order to detect the potential emergence of resistance. Although the approach to the design of neuraminidase inhibitors has provided hope that resistance will be limited, resistance to NAIs already been observed in clinical, encouraging close monitoring. It is therefore important to continue to study and understand the various mechanisms of resistance to neuraminidase inhibitors. The work of this thesis has thus focused on understanding the diversity of resistance mechanisms. Initially, we studied the impact of mutations in all structural residues of the active site of neuraminidase. We observed that most of these mutations did not alter the characteristics of the virus and induced very limited resistance to antivirals. Subsequently, we then sought to explore opportunities for synergy in resistance by the combination of two structural mutations of the active site of neuraminidase. On four viruses produced, only the virus with the double mutation E119V+I222L in the active site of neuraminidase was viable, although its in vitro replicative capacity was impaired. The combination of these two mutations induced a synergistic resistance to oseltamivir. Finally, we wanted to integrate the functional interaction of neuraminidase with hemagglutinin. We have shown that the combination of a hemagglutinin low affinity for sialylated receptors allowed to rescue a virus with a deficient neuraminidase. Thus an influenza virus may discharge the function of neuraminidase, the target of the only available effective antivirals. The mechanisms of resistance to neuraminidase inhibitors are numerous. Plus, the circulation in the last two seasons of resistant viruses without selective pressure challenges the assumptions developed on the possible emergence of resistance in clinic. This opens new issues to consider in order to understand the mechanisms that allowed this emergence and transmission

Le paludisme est responsable de la mort de près d'un million de personnes chaque année. Cette maladie est causée par le Plasmodium, parasite protozoaire appartenant à la famille des Apicomplexes. Dans cette thèse, nous avons développé des approches de biologie de systèmes pour l'étude du métabolisme des phospholipides (PL) métabolisme et de sa régulation chez Plasmodium. Ces voies métaboliques sont d'une importance primordiale pour la survie du parasite. À l'étape intra-érythrocytaire du développement, les espèces de Plasmodium exploitent un nombre important de voies de synthèse phospholipidique, qui sont rarement trouvées ensemble dans un seul organisme : (i) la voie dépendante ancestrale CDP-diacylglycerol des procaryotes ( ii) les voies eucaryotes de novo CDP- choline et CDP-éthanolamine (Kennedy) ( iii ) de plus P.falciparum et P. knowlesi emploient des réactions supplémentaires qui relient une à l'autre certaines de ces routes. Une voie de synthèse caractéristique aux plantes, qui utilise la sérine en tant que source supplémentaire de phosphatidyl-choline (PC) et de phosphatidyl-éthanolamine (PE), est nommée la voie méthyltransférase décarboxylase - phosphoéthanolamine sérine (SDPM). Pour comprendre la dynamique d'acquisition et le métabolisme des phospholipides chez Plasmodium, nous avons construit un modèle cinétique quantitatif basé sur des données fluxomiques. La dynamique in vitro d'incorporation de phospholipides révèle plusieurs voies de synthèse. Nous avons construit un réseau métabolique détaillé et nous avons identifié les valeurs de ses paramètres cinétiques (taux maximaux et constantes Michaelis). Afin d'obtenir une recherche globale dans l'espace de paramètres, nous avons conçu une méthode d'optimisation hybride, discrète et continue. Des paramètres discrets ont été utilisés pour échantillonner le cône des flux admissibles, alors que les constantes des Michaelis et les taux maximaux ont été obtenus par la minimisation locale d'une fonction objective. Cette méthode nous a également permis de prédire la répartition des flux au sein du réseau pour différents précurseurs métaboliques. Cette analyse quantitative a également été utilisée pour comprendre les liens éventuels entre les différentes voies. La principale source de PC est la voie Kennedy CDP-choline. Des expériences de knock-out in silico ont montré l'importance comparable des voies phosphoéthanolamine-N-méthyltransférase (PMT) et de la phosphatidyléthanolamine-N-méthyltransférase (PEMT) pour la synthèse de PC. Les valeurs des flux indiquent que plus grande partie de la PE dérivée de la sérine est formée par décarboxylation, alors que la synthèse de PS est majoritairement effectuée par des réactions d'échange de base. L'analyse de sensitivité de la voie CDP- choline montre que l'entrée de choline dans le parasite et la réaction cytidylyltransferase de la phosphocholine ont les plus grands co-efficients de contrôle sur cette voie, mais ne permet pas de distinguer une réaction comme l'unique étape limitante. Ayant comme objectif la compréhension de la régulation de l'expression génique chez Plasmodium falciparum et son influence sur le fonctionnement métabolique, nous avons effectué une étude bioinformatique intégrative des données du transcriptome et du métabolome pour les principales enzymes impliquées dans le métabolisme PL. L'étude de la dépendance temporelle des variables métaboliques et transcriptomiques au cours du cycle intra-érythrocytaire, a mis en évidence deux modes d'activation des voies PL. Les voies Kennedy sont activées pendant la phase schizogonique et au début de la phase anneau, alors que les voies SDPM et d'échange de bases sont activées lors de la fin de la phase anneau cycle et lors de la phase tropozoïte. / Malaria is responsible of the death of up to one million people each year. This disease is caused by Plasmodium, a protozoan parasite. In this thesis we have developed systems biology approaches to the study of phospholipid (PL) metabolism and its regulation in Plasmodium. These pathways are of primary importance for the survival of the parasite. At the blood stage, Plasmodium species display a bewildering number of PL synthetic pathways that are rarely found together in a single organism (i) the ancestral prokaryotic CDPdiacylglycerol dependent pathway (ii) the eukaryotic type de novo CDP-choline and CDPethanolamine (Kennedy) pathways (iii) P. falciparum and P. knowlesi exhibits additional reactions that bridge some of these routes. A plant-like pathway that relies on serine to provide additional PC and PE, is named the serine decarboxylase-phosphoethanolamine methyltransferase (SDPM) pathway. To understand the dynamics of PL acquisition and metabolism in Plasmodium we have used fluxomic data to build a quantitative kinetic model. In vitro incorporation dynamics of phospholipids unravels multiple synthetic pathways. A detailed metabolic network with values of the kinetic parameters (maximum rates and Michaelis constants) has been built. In order to obtain a global search in the parameter space, we have designed a hybrid, discrete and continuous, optimisation method. Discrete parameters were used to sample the cone of admissible fluxes, whereas the continuous Michaelis and maximum rates constants were obtained by local minimization of an objective function.The model was used to predict the distribution of fluxes within the network of various metabolic precursors. The quantitative analysis was used to understand eventual links between different pathways. The major source of phosphatidylcholine (PC) is the CDP-choline Kennedy pathway. In silico knock-out experiments showed comparable importance of phosphoethanolamine-N-methyltransferase (PMT) and phosphatidylethanolamine-N-methyltransferase (PEMT) for PC synthesis. The flux values indicate that, major part of serine derived phosphatidylethanolamine (PE) is formed via serine decarboxylation, whereas the phosphatidylserine (PS) is mainly predominated by base-exchange reactions. Metabolic control analysis of CDP-choline pathway shows that the carrier-mediated choline entry into the parasite and the phosphocholine cytidylyltransferase reaction have the largest control coefficients in this pathway, but does not distinguish a reaction as an unique rate-limiting step.With a vision to understand regulation of gene expression in Plasmodium falciparum and its influence on the metabolite expression, we have performed an integrative bioinformatic studies. The study integrates transcriptome and metabolome data for the main enzymes involved in PL metabolism. The study of the correlated time dependence of metabolic and transcriptomic variables during the intraerythrocytic cycle showed that there are two modes of activation of PL pathways. Kennedy pathways are activated during schizogony and early ring stages, whereas SDPM and base exchange pathways are activated during late ring and tropozoite stages.

Résumé : Le vieillissement démographique est statistiquement indiscutable au Québec. Ce singulier trompeur masque les différentes manières de vieillir. Pour ceux qui ne parviennent pas à vieillir en santé, les solidarités familiales, comme les solidarités institutionnelles, c’est à dire publiques viennent en principe compenser ce qu’il est convenu de désigner de perte d’autonomie. Les politiques de santé publique au Québec organisent les services de soutien à domicile sous condition d’avoir estimé la situation de la personne avec l’outil d’évaluation multiclientèle (OEMC). Il est en usage dans l’ensemble du réseau de la santé et des services sociaux, et utilisé par les professionnels dont les travailleuses et les travailleurs sociaux (TS). Or, la gérontologie est peu soutenue dans la formation initiale des TS. Nous nous sommes interrogée sur les savoirs mobilisés par les TS quand ils évaluent. S’agissant des savoirs inscrits dans la pratique, nous avons orienté la recherche dans les théories de l’activité, la didactique professionnelle et le cadre conceptuel de la médiation. Nous avons étudié l’activité de professionnels en travail social expérimentés afin d’identifier certains des savoirs mobilisés pour les rendre disponibles à la formation des étudiant (e)s en travail social au Québec. Cent-cinquante heures d’observations et vingt-deux entretiens individuels et collectifs ont été réalisés avec des intervenants volontaires du service de soutien à domicile. Les résultats préliminaires de la recherche ont été présentés lors de groupes de discussion avec les TS ayant participé à la recherche, puis avec des enseignants en travail social. Nos résultats permettent de décrire les procédures de l’évaluation dans l’organisation du service d’aide à domicile et d’en différencier le processus de l’activité par laquelle le TS évalue l’autonomie fonctionnelle de la personne. Nous constatons que les savoirs mobilisés par les TS reposent premièrement sur une connaissance fine du territoire, de l’outil d’évaluation et des institutions. Un deuxième registre de savoir concerne la conceptualisation de l’autonomie fonctionnelle par l’outil OEMC comme objet et domaine d’intervention des TS. Enfin, un troisième registre se réfère aux savoirs mobilisés pour entrer en relation avec les personnes âgées, avec leur entourage. Or, ces trois registres de savoir n’apparaissent pas dans le discours des TS et résultent de notre propre analyse sur leur pratique. L’évaluation de l’autonomie fonctionnelle analysée par le concept de médiation est révélatrice du rapport aux savoirs du TS. S’agissant de savoirs de la pratique, nous constatons que leur classification entre les catégories usuelles de savoirs théoriques ou pratiques était inopérante. Nous empruntons le vocabulaire de la didactique professionnelle : celui des invariants opératoires reliés à l’autonomie fonctionnelle et celui des schèmes d’activité reliés à l’activité d’évaluation. C’est ainsi que nous avons identifié deux moments dans l’évaluation. Le premier assemble la collecte des informations et l’analyse des données. L’autonomie fonctionnelle se décline dans des conditions d’existence de la personne sur l’axe allant de la mobilité à la cognition avec comme balises d’intervention la sécurité et l’intégrité de la personne. Dans ce processus itératif, le TS identifie avec la personne ce qui nuit à son quotidien. L’évaluation formule comment résoudre cette incidence, comment la perte d’autonomie pourrait être compensée. La collecte d’information et le raisonnement du TS est alors un mouvement itératif, les deux éléments du processus sont liés et en continu. Le second moment de l’évaluation apparait si, dans le processus itératif, le TS perçoit une dissonance. Il est essentiel d’en identifier la nature pour la prendre en compte et maintenir la finalité de l’activité qui consiste à évaluer l’autonomie fonctionnelle à des fins compensatrices. Le TS doit identifier l’objet de la dissonance pour pouvoir cerner avec la personne le besoin inhérent à la perte d’autonomie et envisager d’y remédier. La prise en compte de cette dissonance vient ralentir le déroulement de l’activité. Le raisonnement qui, jusque-là, était relié à la collecte d’informations s’en dissocie pour analyser ce qui vient faire obstacle à l’activité d’évaluation à partir de la situation. Les composantes qui génèrent la dissonance paraissent reliées à la quotidienneté, aux conditions de vie à domicile de la personne (cohérence/incohérence, refus de services, autonégligence, maltraitance, agressivité). La dissonance génère une activité plus complexe pour évaluer la situation. L’autonomie fonctionnelle se décline toujours sur l’axe mobilité/cognition avec comme balises d’intervention la sécurité et l’intégrité de la personne. Or, pour ce faire, les TS raisonnent selon trois schèmes. Dans les situations où, pour décider de la suite du dossier, il faut en référer à une norme (de service, de profession, etc.) le raisonnement est déontologique. Il est aussi des situations où le TS agit au regard de valeurs et de représentations qui relèvent de sa sphère personnelle. Nous désignons ce raisonnement d’instinctuel. Enfin, le TS peut naviguer entre ces deux orientations et choisir la voie du raisonnement clinique que nous qualifions d’éthique et se rapproche alors des pratiques prudentielles qui sont marquées par l’incertitude. / Abstract : It is a known fact that the aging of the population in Quebec has been steadily increasing and statistical figures speak for themselves. The word “aging” in the singular form masks the multiple contexts and processes of aging. For those who are not able to age well, family solidarity, as well as institutional solidarity, that is to say the public ones usually compensate for the loss of autonomy. The Quebec public health policies give structure to home support services following the assessment of the person’s situation with the Multiclientele Assessment Tool (MAT). This tool is used in the entire health and social services network, and by professionals such as social workers (SWs). However, gerontology is rarely taught in the initial training of SWs while these professionals also work with the older population. We reflected on how SWs gained their knowledge when assessing older adults. With regard to knowledge translated into practice, we focused the research on activity theories, occupational didactics and the conceptual framework of mediation. We examined activities performed by experimented professionals in social work when they were assessing functional autonomy of older adults. This was done to identify some of the knowledge applied in their practice and to make such knowledge available for the training of social work students in Quebec. Over 150 hours of observations and 22 individual and group meetings were conducted with volunteer practitioners working in the home support sector of a health and social services centre. The preliminary results of the research were presented to two focus groups: one with SWs who participated in the research, the other with social work teachers. Our results help describe the assessment procedures within the home support organization and differentiate the activity process by which SWs assess the person’s functional autonomy. We note that the knowledge acquired by SWs is based primarily on a detailed knowledge of the territory, the assessment tool and institutions. A second category of knowledge is the conceptualization of the functional autonomy by using the MAT tool as the scope and area of intervention of SWs. Finally, a third category of knowledge refers to the knowledge acquired which is used to interact with older adults and those around them. However, these three categories of knowledge are not reflected in the views of SWs but rather result from our own analysis of their practice. The assessment of functional autonomy is analyzed by the mediation concept. This concept highlights the knowledge acquired by SWs. With regard to knowledge related to practice, we noticed that their classification between the usual categories of theoretical knowledge or practice knowledge was ineffective. We use the occupational didactics vocabulary, such as functional invariants which are related to the assessment of functional autonomy, and activity-based patterns which are related to the assessment itself. Two key moments were identified in the assessment process. The first one includes the information collection and data analysis. The functional autonomy has an impact on the person’s life conditions. It is divided into two areas: mobility and cognition with intervention areas such as the safety and integrity of the person. In this iterative process, the SW identifies with the person what might affect her/his daily life. The assessment process raises two questions: (a) how to resolve this impact? and (b) how the loss of autonomy could be compensated? The information collection and the SW’s reasoning become then an iterative process, since the two elements of the process are linked and in continuous mode. The second moment of the assessment occurs if, in the current iterative process, the SW feels that there is a dissonance. It is essential to identify its nature in order to take it into account and maintain the objective of the activity which is to assess the functional autonomy for compensation purposes. The SW must identify the reason why there is a dissonance in order to be able to pinpoint with the person the inherent need for the loss of autonomy and what could be considered to address it. Taking into account this dissonance has just slowed down the progress of the activity. The reasoning which was previously related to the information collection has given way to the analysis of what may impede the assessment according to the situation. The components that generate the dissonance appear to be related to day-to-day activities, life conditions at the person’s home (consistency/inconsistency, refusal of services, self-neglect, mistreatment, aggressiveness). Assessing the situation becomes more complex because of the dissonance. The functional autonomy is still divided into two areas: mobility and cognition with the same areas of intervention which are the safety and the integrity of the person. However, to do so, the SWs’ reasoning is based on three schemes. In situations where a decision must be made on actions to be taken on a case, it must be referred, for instance, to a service or a profession standard. The reasoning then becomes normative. There are also situations where the SW acts according to her/his values and representations. It is called instinctive reasoning. Finally, the SW can explore these two orientations and choose the path of clinical reasoning designated as ethics. It is then similar to prudential practices which are characterized by uncertainty.

Un certain nombre de maladies neurodégénératives, comme la maladie de Creutzfeld-Jacob chez l'homme ou la maladie dite de "la vache folle" chez les bovins, sont dues au mauvais repliement d'une protéine cellulaire dite prion. Plusieurs protéines prions ont été identifiées chez des microorganismes comme Ure2p chez Saccharomyces cerevisiae ou HET-s chez Podospora anserina. Ces protéines sont non pathogènes pour l'homme et se comportent comme le prion de mammifères c'est à dire en s'assemblant également en fibres amyloïdes. Chez S. cerevisiae, la protéine Ure2p est associée au phénotype prion [URE3] et est agrégée dans ce type de cellule. Dans un premier temps, nous avons montré que les agrégats [URE3] obtenu in vivo étaient d'une nature différente des fibres amyloïdes produites in vitro. Dans un second temps, la technicité acquise au cours de l'étude biochimique d'Ure2p m'a permis d'aborder celle d'un orthologue, Ure2p de Saccharomyces paradoxus (Ure2p-Sp), qui n'est pas un prion "in vivo". Après avoir montré que les deux protéines sous forme soluble présentent les mêmes caractéristiques biochimiques, je montre qu'elles possèdent la même propension à former des fibres amyloïdes. Dans le cadre de cette étude nous montrons également que ces fibres sont infectieuses laissant penser qu'in vivo cette incapacité de la protéine Ure2p-Sp à basculer sous forme prion est plutôt due à une défaillance du mécanisme de propagation des prions plutôt qu'à une différence de la structure amyloïde proprement dite. Enfin, nous avons pu montrer qu'il était possible de transformer une protéine amyloïde non toxique en une protéine toxique en ne changeant que quelques acides aminés. En poursuivant cette étude par une étude in vitro, j'ai également pu observer que la protéine toxique s'organisait in vitro en de courtes fibres amyloïdes qui pouvaient mimer les intermédiaires responsables de la toxicité au cours des maladies neurodégénératives. Si dans cette première partie l'apport de la biochimie dans l'étude ciblée de différentes protéines amyloïdes de champignons ascomycètes est évident, l'étude des protéines peut également se faire par une approche biochimique globale sans a priori comme dans l'étude de la réponse protéique d'une plante à un stress environnemental. Grâce au séquençage des génomes, la biochimie post-génomique connait un essor exceptionnel et permet de mettre en évidence de nouvelles protéines dans le cadre d'études fonctionnelles. Dans ce but, j'ai mis en oeuvre une technique de protéomique différentielle : l'électrophorèse bidimensionnelle de type DiGE (Differential in-Gel Electrophoresis) dans le cadre de l'étude du protéome d'une plante invasive, le solidage Solidago canadensis, soumise à un stress d'origine anthropique. Cette étude protéomique vient en complément d'une étude phytosociologique des plantes capables de coloniser un sol très dégradé mais aussi de données de biodiversité, croissance et de mesures de la réponse anti-oxydante de ces végétaux. Cette analyse a révélé que sur des sols pollués, le solidage parvient non seulement à produire l'énergie nécessaire à sa croissance mais il parvient également à synthétiser les intermédiaires de biosynthèse du glutathion et des phytochélatines. Ainsi, le solidage est capable de s'adapter à ce milieu ce qui lui permet d'être tolérant à la pollution. Mes premiers résultats de biochimie post-génomique offrent de nouvelles bases pour la compréhension des mécanismes de tolérance au milieu de certaines plantes permettant le développement de technologies innovantes de phytorémédiation afin de restaurer les sols pollués / A number of neurodegenerative illnesses such as Creutzfeld-Jacob disease in humans or the disease known as mad cow disease in bovine, are due to misfolding of a cellular protein called prion. These proteins are not pathogenic for human and can form amyloid fibers like mammalian prion. They are therefore a useful tool to study molecular events responsible for the emergence and propagation of prions. In S. cerevisiae, the Ure2p protein is associated with [URE3] prion phenotype and is aggregated in this cell. Initially, I developed the conditions to characterize Ure2p amyloid fibers by proteolysis and we showed that [URE3] aggregates obtained in vivo were different than amyloid fibers produced in vitro. In a second phase, the technicity acquired during the biochemical study of Ure2p allowed me to approach the study of an ortholog, Saccharomyces paradoxus Ure2p (Ure2p-Sp), which is not an "in vivo" prion. After showing that soluble forms of the two proteins have the same biochemical characteristics, I show that they have the same propensity to form amyloid fibers. In this study we show that these fibers are infectious in vivo, suggesting that the incapacity of Ure2p-Sp protein to switch into a prion form is rather due to a failure in prion propagation mechanism rather than differences in amyloid structure itself.Then using all technologies that I introduced in the laboratory, I studied the relationship between amyloid structure and toxicity in S. cerevisiae. We showed that it was possible to transform a non-toxic amyloid protein in a toxic form by changing only a few numbers of amino acids. An in vitro study has also shown that the toxic protein was organized into short amyloid fibers that could mimic the intermediates responsible for toxicity in neurodegenerative diseases.The last chapter of this manuscript focuses on research that I developed in the Laboratory of Ecotoxicology Interactions,Biodiversity, Ecosystems, Metz. Within this laboratory, we aim at identifying effects of disturbances and physico-chemical analysis of the mechanisms involved at different scales of observation, from organisms to ecosystems.Progress in genomes sequencing allows an exceptional development in post-genomic biochemistry and can highlight new proteins through functional studies. In order to better understand molecular events responsible for these responses, I introduce a differential technique of proteomics: a DiGE two-dimensional electrophoresis (Differential In-Gel Electrophoresis). I developed this technics in a proteome study of an invasive plant, the goldenrod Solidago canadensis, under metal stress. This proteomic study supplements a phyto-sociological study of plants competent in colonizing a very poor soil but also of biodiversity data, growth and measures of the antioxidant response of these plants. This analysis revealed that in polluted soils, the goldenrod achieves not only to produce energy for its growth but it also achieves to biosynthesize intermediates of glutathion and phytochelatins. Thus, the goldenrod is able to adapt to its environment, which allows it to be tolerant to pollution. My first results of post-genomic biochemistry provide new bases for understanding the molecular mechanisms behind environmental tolerances. These studies may help us to identify the most adapted plants to these environments and why they are. They may help us to understand the effects of these pollutants and allow the development of innovative technologies for phytoremediation to restore polluted soils

Le processus de biominéralisation confère aux organismes qui le développent une valeur adaptative. La coquille carbonatée des mollusques intègre les fonctions de protection biomécanique à différentes échelles. La coquille résulte de l'association de composés inorganiques et d'une matrice organique protéique, médiatrice du contrôle biologique de la minéralisation. L'analyse du protéome de la coquille chez 4 espèces de bivalves met en évidence deux patrons fonctionnels et leur degré de conservation phylogénétique : l'un lié au contrôle de la minéralisation stricto sensu ; l'autre à la protection immune. L'étude de populations vivant à l'état naturel en mer Baltique, dont les eaux présentent localement de fortes variations ioniques montre que le protéome intègre également l'impact de conditions environnementales limitantes. L'anthropocène impose un rythme adaptatif pressant aux organismes et la modification acido-basique des eaux océaniques est susceptible d'impacter sensiblement les organismes calcifiants. La signature de mécanismes adaptatifs du contrôle biologique de la biominéralisation se traduit dans le protéome de la coquille. Les implications sont particulièrement signifiantes dans un contexte d'intérêt de développement aquacole grandissant. / In this study, the SMPs from four commercially important and divergent bivalve species crassostrea gigas (pacific oyster), Mya truncata (soft shell clam), Mytilus edulis (blue mussel) and Pecten maximus (king scallop) were extracted and analysed using standardized extraction protocol and proteomic pipeline. This enables us to identify critical elements of basic biomineralization tool kit for calcification process irrespective of their shell morphology, mineralogy and microstructure. In addition, it enables the identification of SMPs that are specific to calcite and aragonite mineralogies. The signifiant numbers of SMPs found species-specific were hypothesized as adaptation to their modus vivendi. In fact, the latter proteins possess immunity-related functions and fit into specific pathway, phenoloxidase, suggesting their role in defense against pathogen. The comparative study of shell proteome of mussels living in full marine condition, North Sea and the Iow saline Baltic Sea showed the modulation of the SMPs that constitute the basic biomineralization tool kit. Higher modulation of chitin related proteins and non-modulated protein such as carbonic anhydrase, EGF and fibronectin domain containing proteins points out the impaired scaffold and mineral nucleation process in Baltic mussel. The modulation of immunity related proteins denote the influence of biotic components. These investigations show the functional diversity of SMPs and their roles beyond shell formation in the bivalvesand put forth the idea that shell is dynamic, endowed with both biochemical and mechanical protection.

Cette thèse s’adresse à la problématique de contrôle/commande et d'observation des exosquelettes du membre supérieur pour l’assistance à la mobilité des personnes qui souffrent d'un déficit moteur, caractérisé par une perte totale ou partielle des capacités motrices. Le robot utilisé pour les validations est conçu par RB3D dans le but des travaux de recherches sur les lois de commandes pour la rééducation du membre supérieur au sien du Laboratoire LISSI (Laboratoire Images, Signaux et Systèmes Intelligents) de l’UPEC, appelé ULEL (Upper Limb Exoskeleton of LISSI).Deux approches de commande d'exosquelettes pour la rééducation fonctionnelle du membre supérieur ont été proposées. La première commande est conçue sur la base d’un estimateur en-ligne des paramètres dynamiques. Cette méthode d'adaptation permet d'améliorer les performances de contrôle de ce système, et de compenser les erreurs paramétriques dues au couplage de l'exosquelette avec le membre humain.La deuxième contribution consiste en une stratégie de commande robuste basée sur les modes glissants. Cette stratégie non-linéaire, garantie la convergence des erreurs de poursuite vers zéro en temps fini lorsque le régime de glissement est atteint. Ce type de commande est connu par sa robustesse vis-à-vis les variations paramétriques et les perturbations externes. L'efficacité de la méthode proposée est démontrée expérimentalement pour le mode de rééducation passif.Dans la dernière partie de la thèse, un observateur en mode glissant d'ordre supérieur est proposé pour estimer les couples d'interactions homme-exosquelette. L'observateur proposé est capable d'estimer les efforts au niveau de l'interface d'interaction entre l'exosquelette et le membre humain, en utilisant les mesures de position et l'entrée de commande. Les résultats obtenus montrent l’efficacité des solutions proposées sur l’exosquelette ULEL. / This thesis addresses the problem of control of an upper limb exoskeleton for mobility assistance of people who suffer from a motor deficit, characterized by a total or partial loss of motor skills. The robot used is designed by RB3D for the purpose of research work on the control laws for the rehabilitation of the upper limb at LISSI Laboratory (Laboratory Images, Signals and Intelligent Systems) of the UPEC university; this exoskeleton is called ULEL (Upper Limb Exoskeleton of LISSI).Two approaches to control exoskeletons for functional rehabilitation of the upper limb have been proposed. The first control is based on an online estimator of dynamic parameters. This adaptation method makes it possible to improve the control performance of this system, and to compensate for parametric errors due to coupling the exoskeleton with the human limb.The second contribution consists of a robust control strategy based on sliding modes. This nonlinear strategy guarantees the convergence of tracking errors to zero in finite time when the sliding mode is reached. This type of control is known by its robustness with respect to parametric variations and external disturbances. The effectiveness of the proposed method is experimentally demonstrated for the passive rehabilitation mode.Finally, in the last part of this thesis, a higher order sliding mode observer is proposed to estimate interactions torques of the human-exoskeleton system. The proposed observer is able to estimate the forces at the interaction interface between the exoskeleton and the human limb, using the position measurements and the control input. The obtained results show the effectiveness of the proposed solutions using the exoskeleton ULEL.

Le vieillissement est malheureusement souvent le fait de devoir vivre avec des problèmes qui n'affecteraient pas des personnes jeunes à cause de l'homéostasie. Lorsque quelque chose va mal, comme par exemple une chute ou une maladie aiguë, les personnes âgées peuvent avoir des conséquences bien plus terribles que des personnes jeunes. Ainsi, la prévention des chutes et la surveillance de pathologies pré-existantes comme par exemple la maladie d'Alzheimer est une des clés du "bien vieillir", car le gériatre pourra adapter sa stratégie de prévention à chaque individu. Les gérontechnologies (technologies au service de la personne âgée) peuvent aider dans le cadre des stratégies de prévention globale. Mais, qu'est-ce exactement qu'une gérontechnologie ? Quels sont les déterminants à explorer pour prévenir les chutes ? Comment évaluer de tels dispositifs ? Y a-t-il des limitations techniques auxquelles nous devrions faire attention ? Y a-t-il des résultats cliniques attendus pour ces technologies ? En passant en revue la littérature préexistante sur l'évaluation de gérontechnologies, nous avons montré quels sont les principaux résultats à attendre, ce qu'il manque dans ces évaluations, et nous avons donc proposé un modèle simple d'évaluation pluridisciplinaire. Ce dernier inclus les résultats cliniques (prévention), les limitations techniques, le médico-économique, une évaluation sociologique (acceptabilité, appropriation, habitudes d'utilisation...), et la détermination des paramètres intrinsèques des équipements. Une telle évaluation n'est rendue possible que par un environnement contrôlé, une méthodologie qui suit celle des essais cliniques et par un partenariat avec les industriels. Avec les résultats d'une étude clinique en environnement écologique sur des technologies simples d'assistance et de prévention à domicile, nous avons été capables de dimensionner un essai clinique randomisé bien plus grand en termes d'échantillon afin d'évaluer l'impact préventif d'un service de téléassistance couplé à des technologies de prévention au domicile. En effet, notre étude pilote a montré les bénéfices potentiels d'équipements gérontechnologiques pour les personnes âgées et leurs aidants en termes de santé, de chutes, et d'autonomie fonctionnelle. / Aging is unfortunately like living with a lot of conditions which aren’t affecting people because of homeostasis. When something goes wrong, such as a fall or a sudden and acute disease, elderly people would have terrible consequences, worse than for younger people. Thus, preventing falls, and monitoring pre-existing pathologies such as Alzheimer’s disease is a key to a good aging because geriatrician will adapt their prevention strategies for each individuals. Gerontechnologies (technologies for gerontological purposes) can help global prevention strategies for aging with relative ease. But, what is exactly a gerontechnology? What are the mechanics that can prevent falls? How to assess such devices? Is there any technical limitations we should pay attention for? Is there any clinical outcomes we should see? By reviewing previously made work on assessing technologies we showed what are the main outcomes on assessing technologies, what is lacking in such assessments and proposed a simple model for pluridisciplinary evaluations. This includes clinical outcomes (prevention), technical limitations, medico-economical outcomes, sociological outcomes (acceptability, appropriation, habits…) and intrinsic parameters of the devices. Such assessment is made possible with a controlled environment, clinical trial methodology and partnership with industry. With the result of a previous, real life conditions, clinical trial on simple assisting devices, we were able to design a large scale clinical trial with a complete evaluation of commercialized teleassistance service combined with home-based technologies. Indeed, our pilot study highlighted the potentials benefits of such devices on health, falls, functional autonomy and carers.

Le déploiement constant de nouveaux réseaux de capteurs dans des endroits confinés des turbomachines ou difficilement accessibles nécessite l'apport d'énergie pour alimenter ces capteurs. De nombreuses recherches s'orientent donc sur une alimentation à demeure des capteurs afin de monitorer de nouveaux composants. Une voie possible d'alimentation (à demeure) est l'utilisation de modules thermoélectriques afin de convertir l'énergie thermique issue de la combustion dans les turbines. Parmi les matériaux thermoélectriques utilisables dans ce genre d'applications (au-delà de 700 °C), les siliciures semblent constituer la famille la plus prometteuse. Le sujet de cette thèse est l'étude de siliciures connus pour leurs résistances à l'environnement en température afin de réaliser des modules thermoélectriques pouvant fonctionner à des températures de l'ordre de 700 °C. À cette fin, différents représentants de la famille des siliciures ont été étudiés par calcul ab initio à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Cet outil a permis de calculer leurs propriétés thermoélectriques potentielles et a montré que les deux meilleurs candidats à des applications bon marché étaient les disiliciures de manganèse et de fer. Le calcul a également permis de montrer le caractère métallique de nombreux siliciures ternaires. Les siliciures prometteurs ont été élaborés par frittage et leur vieillissement ainsi que les coefficients de dilatation thermique ont été étudiés. Ces connaissances ont permis de mettre au point des modules thermoélectriques à base de siliciures résistants à 900 °C sous air. Bien que possédant des propriétés thermoélectriques modestes, leur résistance à l'oxydation à haute température permet d'envisager la fabrication de modules thermoélectriques / The constant deployment of new sensors networks in confined areas of turbomachines or difficult to access, requires the input of energy to power these sensors. Many researches are thus focused on a permanent power supply of sensors to monitor new components. One possible way of permanent power supply is the use of thermoelectric modules to convert the thermal energy from combustion into the turbines. Among the thermoelectric materials, silicides seem to be the most promising family for high temperature applications (above 700 °C). The subject of this thesis is the study of silicides known for their high temperature oxidation resistance in order to produce thermoelectric modules that can operate at optimal temperatures around 700 °C. To this end, different representatives of the silicide family have been studied by ab initio calculation using the density functional theory. This tool allowed to calculate their potential thermoelectric properties and showed that the two best candidates for cheap applications were the disilicides of manganese and iron. The calculation also showed the metallic character of many ternary silicides. The promising silicides were developed by sintering method and their aging as well as their coefficients of thermal expansion were studied. This knowledge has made it possible to develop thermoelectric modules based on silicides resistant to 900 °C in air. Although possessing modest thermoelectric properties, their resistance to high temperature oxidation makes it possible to envisage the manufacture of thermoelectric modules

Suite à une lésion (ex: blessure médullaire, accident vasculaire cérébral) ou une maladie neurodégénérative (ex: maladie de Parkinson), le système nerveux central humain peut être sujet à de multiples déficiences sensori-motrices menant à des handicaps plus ou moins lourds au cours du temps.Face aux méthodes thérapeutiques classiques, la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) des muscles préservés permet de restaurer le mouvement et de fournir une assistance afin d’améliorer la condition des personnes atteintes et de faciliter leur réadaptation fonctionnelle.De nombreuses problématiques intrinsèques à la complexité du système musculo-squelettique et aux contraintes technologiques rendent néanmoins difficile la démocratisation de solutions de stimulation électro-fonctionnelle en dépit d’avancées majeures dans le domaine.Visant à favoriser l’utilisabilité et l’adaptabilité de telles solutions, cette thèse s’appuie sur un réseau de capteurs/actionneurs génériques embarqués sur le sujet, afin d’utiliser la connaissance issue de l’observation et l’analyse du mouvement pathologique des membres inférieurs pour étudier et valider expérimentalement de nouvelles solutions de commande de la SEF à travers une approche orientée-patient. / The human central nervous system (CNS) can be subject to multiple dysfunctions. Potentially due to physical lesions (e.g.: spinal cord injuries, hemorrhagic or ischemic stroke) or to neurodegenerative disorders (e.g.: Parkinson’s disease), these deficiencies often result in major functional impairments throughout the years.As an alternative to usual therapeutic approaches, functional electrical stimulation (FES) of preserved muscles enables to assist individuals in executing functional movements in order to improve their daily life condition or to help enhancing rehabilitation process.Despite major technological advances in rehabilitation engineering, the complexity of the musculoskeletal system and the technological constraints associated have led to a very slow acceptance of neurorehabilitation technologies.To promote usability and adaptability, several approaches and algorithms were studied through this thesis and were experimentally validated in different clinical and pathological contexts, using low-cost wearable sensors combined to programmable stimulators to assess and control motion through a patient-centered approach.

L’objectif de la thèse est d’enrichir l’Analyse Fonctionnelle, une méthode de conception orientée sur la définition des fonctions d’un produit, pour le développement d’ouvrages complexes dans le domaine de la construction. Pour cela les concepts et pratiques de deux corpus méthodologiques sont adaptés et intégrés dans l’Analyse Fonctionnelle : l’Ingénierie Système et la Constructibilité. Cette méthode enrichie est appliquée sur un concept innovant de métro multifonctionnel qui consiste à utiliser un système unique pour répondre à plusieurs besoins de la ville : non seulement transporter des passagers mais aussi de l’eau, des déchets, de l’électricité, de la chaleur, de l’information, des marchandises et bien d’autres selon les particularités de chaque projet. Dans l’introduction après avoir brièvement décrit les enjeux rencontrés dans le domaine de la construction, qui justifient le besoin de nouvelles méthodes, nous soulignons que l’Analyse Fonctionnelle a essentiellement été utilisée dans d’autres domaines que celui de la construction pour faire face aux mêmes problèmes. En revanche, son application au domaine de la construction est limitée du fait de la non prise en compte des particularités de ce secteur : le besoin auquel répondent les systèmes dans ce domaine sont d’adapter l’espace pour que s’y réalise des activités humaines, mais aussi que chaque projet est unique. L’unicité de chaque projet nous a amené à prendre en compte la constructibilité, soit les contraintes liées au développement de l’ouvrage, à différentes étapes de l’Analyse Fonctionnelle. L’Analyse Fonctionnelle est aussi mal adaptée pour le développement de systèmes complexes, ainsi, les concepts et outils de l’ingénierie Système, dont l’objectif est la maitrise des systèmes complexes, sont intégrés à l’Analyse Fonctionnelle (V&V, SysML). La première partie de la thèse consiste en un état de l’art des trois méthodes étudiées : l’Analyse Fonctionnelle, l’Ingénierie Système et la Constructibilité. Dans cette partie les blocages et des adaptations nécessaires sont identifiés. Dans une deuxième partie, la méthode d’Analyse Fonctionnelle enrichie par la Constructibilité et l’Ingénierie Système est présentée. Le concept de Constructibilité notamment est étendu à la prise en compte non seulement des contraintes liées aux activités de réalisation mais aussi aux contraintes de conception et de planification/programmation (soit l’ensemble du système pour faire). L’Ingénierie Système pour sa part est adaptée en prenant en compte les caractéristiques spatiales des systèmes, composantes essentielles dans la construction. Deux outils ont été développés pendant la thèse permettant d’implémenter la méthode : un outil de modélisation des exigences basé sur le langage de modélisation SysML qui permet de lier les exigences avec des modèles BIM (Building Information Modeling) améliorant ainsi leur traçabilité et la facilitation de leur vérification, et la matrice de constructibilité qui permet d’analyser la constructibilité d’un système en prenant en compte l’ensemble des contraintes liées à son développement. Troisièmement, la méthode d’Analyse Fonctionnelle enrichie est appliquée sur 2 cas d’études liés au métro multifonctionnel : l’application de ce concept sur les études de la 5ème ligne de Lyon vers Alaï et l’intégration d’un réseau de fibre optique alimentant l’île de France dans la ligne 16 du projet du Grand Paris. En conclusion des pistes de recherche pour le futur sont proposées : d’autres méthodologies de conception existent avec des objectifs différents (innovation pour la théorie C-K) ou des nouveaux concepts (System of Systems). Ou comment mesurer et quantifier les critères de constructibilité ? Comment appliquer ces méthodes dans différents contextes législatifs et contractuels ? Sont autant de question qui méritent de nouvelles recherches ultérieures / Objectives of the thesis is to enrich Functional Analysis, a design method oriented on the definition of functions, by the integration of two methodological corpuses: Constructability and Systems Engineering in order to adapt it to complex construction products. The enriched method is used and applied on an innovative concept: the multifunctional metro. This new concept consists in the integration of new functions in a metro system: not only transport people but also energy, information, wastes, merchandises, water etc. in order to answer to several city needs with a unique infrastructure. In the introduction, after having describe challenges faced by the construction industry, we highlight that Functional Analysis has been used extensively in other industries to face similar issues. However, its application in the construction industry is limited due to particularities of the construction industry: each project is unique, construction projects are complex and that needs construction projects answer consists in adapting space in order to carry human or related activities. The identification of such particularities have led on one hand, to the consideration of constructability concepts and principles in Functional Analysis to better integrate development constraints of each project in the product development. On the other hand, to the consideration of Systems Engineering, a methodological corpus which objective is to manage complexity of projects. Firstly, Functional Analysis, Constructability and Systems Engineering corpuses are presented and issues are identified in these three methods either to adapt them to complex construction projects for their integration. Constructability notably, is improved with the integration of constraints from Design and Planning phases and a proposition is presented to shift from Constructability to Constructibility. Systems Engineering for its part is adapted by the integration of spatial characteristics of systems. A SysML tool (Systems Modeling Language) has been developed and linked with a BIM modeling tool to improve the capacity to model and verify requirements related to construction systems. The Constructibility matrix, a tool to ease the implementation of constructibility has also been developed.Secondly, Functional Analysis enriched by methodological inputs and tools related to the construction industry is applied. Case studies concern two different phases (planning and design) in two different projects where multifunctionnality concepts have been investigated: the 5th metro line of Lyon where the evaluation of the integration of new functions in the metro line have been studied. And the line 16 of the Greater Paris Project where the integration of a broadband network was the opportunity to study the integration of a new function more in detail (transport information). In conclusion we shall suggest some ways forward by outlining avenues for further researches: how to measure constructibility criteria at different systemic levels is a challenge on which we give some ways to follow. The application and adaptation of Systems Engineering to the construction industry remains to be better investigated and we give some further research indications, particularly on the integration with BIM (Building Information Modeling) methods. We also present how the use of MBSE (Model-Based Systems Engineering) techniques and Data Science could lead to the automation of some design activities which could enrich Functional Analysis methods. Insights on the organization of the profession and contractual issues are proposed and would require more researches to enable implementation of the presented methodology in projects