Environ 90 millions de personnes dans le monde souffrent de lésions de la moelle épinière. Cette thèse se focalise sur les individus paraplégiques ayant une lésion complète, c'est à dire les personnes souffrant de pertes sensorielles et motrices des membres inférieurs. Grâce aux progrès médicaux réalisés autour de la prise en charge des patients dès les premiers instants après l'accident, l'espérance de vie de ces personnes est maintenant comparable à celle de sujets dits normaux. Ceci a généré un changement radical dans les priorités de la recherche médicale qui aspire maintenant à améliorer leur qualité de vie. Les patients utilisant des fauteuils roulants sont soumis à des efforts musculaires et articulaires très intenses au niveau des membres supérieurs et particulièrement des épaules. Ces efforts sont observables durant les phases de propulsion du fauteuil, mais également dans la des tâches du quotidien telles que le transfert pour les activités domestiques ou la conduite. En conséquence les complications et les troubles musculo squelettiques sont fréquents chez ces patients ce qui peut causer une diminution ou même une perte totale des fonctions motrices encore préservées et de fait impacter l'autonomie de ces personnes. De part sa mobilité réduite la population paraplégique fait également face à d'autres problèmes médicaux comme la fragilité osseuse ou la mauvaise circulation sanguine. Ces changements métaboliques entrainent une augmentation du risque de diabète, risques d'escarres, et de la spasticité musculaire.L'utilisation de la Stimulation Electrique Fonctionnelle (SEF) pour la restauration du mouvement a montre son intérêt à la fois fonctionnel et thérapeutique. La restauration du mouvement au moyen de la SEF est étudiée depuis de nombreuses années mais le nombre de systèmes vraiment opérationnels et fonctionnels est toujours très limité. Dans ce contexte, le but de cette thèse est l'étude de solutions permettant d'améliorer la qualité de vie de personnes paraplégiques en restaurant les possibilités de lever de chaise, de transfert depuis le fauteuil roulant vers une autre surface et de maintien de la station érigée. Nous avons cherché au cours de ce travail à trouver un bon compromis entre la performance fonctionnelle du système d'assistance proposé et sa simplicité. Pour ce faire, nous nous sommes attachés, dans un contexte d'utilisation clinique et à domicile dans le futur, à réduire le nombre de capteurs ainsi que la complexité calculatoire.Dans cette thèse, nous avons réalisé l'étude du mouvement optimal à produire pour réaliser une tâche de lever de chaise qui réduirait les efforts au niveau des bras ainsi que la fatigue musculaire induite par l'utilisation de la SEF. Nous avons validé expérimentalement un nouveau système de contrôle en boucle-fermée pour le lever de chaise en réalisant des expériences incluant six patients paraplégiques.Les bénéfices de l'utilisation de la SEF pendant un mouvement de transfert en pivot chez le patient paraplégique ont été étudiés en utilisant un processus d´optimisation et un modèle biomécanique de l'humain.Enfin, une nouvelle solution pour le contrôle de la station érigée chez le patient paraplégique a été proposée dans cette thèse. Le contrôleur proposé permet un maintien de la station érigée prolongée tout en prenant en compte les mouvements volontaires du patient.Finalement, les résultats obtenus lors de cette thèse apparaissent comme très prometteurs et nous croyons que la recherche scientifique devrait persister dans cette voie tout en continuant les collaborations et interactions entre équipes médicales, ingénieurs et patients paraplégiques. / Today there are around 90 million people suffering from Spinal Cord Injury (SCI) worldwide. This thesis focuses on individuals who are complete paraplegic, i.e. persons suffering the loss of sensor and motor functions of their lower extremities. Thanks to improvements in emergency medical care, problems faced by SCI individuals after an accident are no longer life threatening, and their life expectancy is now comparable to that of able-bodied individuals. This has generated a shift of the priorities in medical research and practice away from survival and towards improvements in the quality of life for those living in a wheelchair. Wheelchair users are subjected to intense loads on the muscles and joints of the upper trunk and upper limbs during wheelchair propulsion, and in almost every other daily activity such as transfer, driving and household activities. Consequently, musculoskeletal pain is a common complication in the patients with SCI, which could cause a decrease or even total loss in remaining functional independence. Due to their limited mobility paraplegic population also faces many other medical problemsrelated with bone loading, cardio-circulatory stimulation, metabolic changeswhich increases the risk of diabetes development, oint extension, pressure sore prevention, and occurrence of muscle spasticity.The use of Functional Electrical Stimulation (FES) for motion restoration in paralyzed limbs proved to have a potential to provide both functional and therapeutic benefits. Movement restoration by means of FES in patients suffering from SCI has been a subject of research for many years, nevertheless, the number of effective FES systems is still limited. Hence, the aim of this thesis is to investigate solutions which would improve quality of life of people suffering from SCI by restoring the sit-to-stand, transfer from one surface to an other and standing movements that are lost due to SCI. We aim to find a good trade-off between achievable functionality of the FES system and its simplicity in terms of number of required sensors and computational cost and, accordingly, its applicability in clinical practice and daily life of paraplegic individuals. The following contributions have been made.In this thesis, we have investigated the optimal manner for performing the sit-to-stand movement which would reduce arm efforts and muscle fatigue induced by FES has been investigated. Also, we have experimentally validated new closed-loop system for sit-to-stand transfer for needs of a paraplegic person by performing experiments with six paraplegic patients. As part of the strategy of the system, patients were instructed to perform a rising motion in a manner previously calculated as optimal.The benefits from using FES during sitting-pivot-transfer motion in paraplegic patients have been investigated using optimization process and biomechanical modeling of the human body.In this thesis, we have proposes a new solution for control of standing posture in SCI patients by means of FES. The proposed controller enables prolonged standing and it is able to cope with voluntary movements of the patient.The authors find that the results obtained in this thesis are promising and believe that the scientific research should be proceeded in this direction. We also hope to continue the collaboration with medical staff as we strongly believe that through the collaborative work between engineers, clinicians and patients an effective solutions will be found.

L'étude de la composition des protéines en domaines est une étape clé pour la détermination de ses fonctions. Pfam est l'une des banques de domaines les plus répandues où chaque domaine est représenté par un HMM profil construit à partir d'un alignement multiple de protéines contenant le domaine. La méthode classique de recherche des domaines Pfam consiste à comparer la séquence cible à la librairie complète des HMM profils pour mesurer sa ressemblance aux différents modèles. Cependant, appliquée aux protéines d'organismes divergents, cette méthode manque de sensibilité. L'objectif de cette thèse est d'apporter de nouvelles méthodes pour améliorer le processus de prédictions des domaines plus adaptées à l'étude des protéines divergentes. Les premiers travaux ont consisté en l'adaptation et application de la méthode CODD, récemment proposée, à l'ensemble des pathogènes de la base de données EuPathDB. Une base de données nommée EupathDomains (http://www.atgc-montpellier.fr/EuPathDomains/) recensant l'ensemble des domaines connus et ceux nouvellement prédits chez ces pathogènes a été mise en place à l'issue de ces travaux. Nous nous sommes ensuite attachés à proposer diverses améliorations. Nous proposons un algorithme ''CODD_exclusive'' qui utilise des informations d'incompatibilité de domaines pour améliorer la précision des prédictions. Nous proposons également une autre stratégie basée sur l'utilisation de règles d'association pour la détermination des co-occurrences de domaines utilisées dans le processus de certification. La dernière partie de cette thèse s'intéresse à l'utilisation des méthodes profil/profil pour annoter un génome entier. Couplée à la procédure d'annotation par co-occurrence, cette approche permet une amélioration notable en termes de nombre de domaines certifiés et également en termes de précision. / The determination of protein domain composition provides strong clues for the protein function prediction. One of the most widelyused domain scheme is the Pfam database in which each family is represented by a multiple sequence alignment and a profileHidden Markov Model (profile HMM). When analyzing a new sequence, each Pfam HMM is used to compute a score measuring the similarity between the sequenceand the domain. However, applied to divergent proteins, this strategy may miss several domains. This is the case for all eukaryotic pathogens, where noPfam domains are detected in half or even more of their proteins.The main objective of this thesis is to develop methods to improve the sensitivity of Pfam domain detection in divergent proteins. We first adapted the recently proposed CODD method to the whole set of pathogens in EupathDB. A public database named EupathDomains (http://www.atgc-montpellier.fr/EuPathDomains/) gathers known and new domains detected by CODD, along with the associated confidence measurements and the GO annotations.We then proposed other methods to further improve domain detection in these organisms. We proposed ''CODD_exclusive'' algorithm that integrates domain exclusion information to prune false positive domains that are in conflict with other domains of the protein. We also suggested the use of association rules to determine the correlations between domains and used these informations in the certification process.In the last part of this thesis, we focused in the use of profile/profile methods to predict protein domains in a whole genome. Combined with the co-occurrence informations, it achieved high sensitivity and accuracy in predicting domains.

La stimulation électrique fonctionnelle (FES) est présente depuis des décennies dans les centres de rééducation. Le principe de cette technique est de créer une dépolarisation de la membrane (potentiel d’action) des cellules excitables (axones ou myocytes) entrainant une contraction musculaire. Employée dans la plupart des cas pour le renforcement musculaire et la prévention des atrophies musculaires faisant suite à une lésion de la moelle épinière, la FES peut également être utilisée pour diminuer la spasticité et restaurer des mouvements des membres. Ainsi, certains dispositifs (neuroprothèses) utilisant la FES sont utilisés depuis plus de 25 ans, pour permettre à certains patients atteints de paralysies des membres supérieurs de pouvoir effectuer des préhensions. Les patients gagnent alors en autonomie dans les activités de la vie quotidienne ce qui limite leurs recours aux aides humaines. Cependant, bien que ce type de neuroprothèse se présente comme l’une des techniques les plus prometteuses pour le rétablissement de la fonction de préhension chez des sujets atteints d’une lésion de la moelle épinière, son utilisation reste limitée. En effet, les dispositifs de stimulation externe provoque des mouvements peu précis et les modes de pilote de cette stimulation, peu ergonomiques, ne sont pas accessibles à la plupart des patients lésés médullaires. Ces difficultés sont atténuées lorsque la stimulation est implantée et le mode de contrôle adapté à la pathologie. Parmi les dispositifs implantées, tous utilisent la stimulation des points moteurs pour rétablir des mouvements de main ce qui nécessite l’implantation de nombreuses électrodes et donc une opération chirurgicale lourde. Des complications liées aux matériels implantés peuvent apparaître au cours du temps. Ce travail de thèse propose une approche originale basée sur (i) la stimulation sélective nerveuse (à l’aide d’une électrode gouttière multi contact) pour rétablir des mouvements de préhension chez des patients tétraplégiques et (ii) l’utilisation de signaux émanant de muscles supra lésionnels pour le contrôle de cette stimulation. Des expérimentations humaines et animales réalisées en conditions aiguës ont démontré la faisabilité de notre approche. Ainsi, la stimulation du nerf sciatique par notre électrode gouttière a permis d’activer sélectivement plusieurs muscles antagonistes chez les 5 animaux de l’étude inclus dans l’étude. Une sélectivité intra fasciculaire est retrouvée chez 3 des 5 animaux. La stimulation du nerf médian chez un patient tétraplégique a permis d’activer sélectivement les muscles palmaris longuset flexor carpi radialis. Concernant le contrôle de la neuroprothèse, nous avons mis en évidence chez les 5 sujets tétraplégiques ayant participé aux expérimentations, une combinaison de muscles pouvant être utilisée pour piloter facilement un dispositif. Des contractions continues ou gradées de ces muscles peuvent être maintenues et ce, sans aucun apprentissage ou entrainement préalable. Les modalités de contrôle et les muscles préférentiels sont patient-dépendant. / Functional electrical stimulation (FES) is used for decades in rehabilitation centers. The principle of this technique is to create a membrane depolarization (action potential) of excitable cells (myocytes or axons) to cause a muscle contraction. Used in most cases for muscle strengthening and prevention of muscle atrophy following a spinal cord injury, FES can also be used to reduce spasticity and restore limb movement. For example, some devices (neuroprostheses) using FES are used for over 25 years, to allow some patients with paralysis of the upper limbs to perform hand movements. Patients then becoming more independent in activities of daily living which limits their use of human aid. However, although this type of neuroprosthesis stands as one of the most promising techniques for the recovery of the gripping function in subjects with spinal cord injury, its use is limited. Indeed, external stimulation devices cause imprecise movements and modes of control modes, not very ergonomic, are not accessible to most spinal cord injured patients. These difficulties are alleviated when the stimulation is implanted and control mode adapted to the pathology. Among the implanted devices all use the stimulation of motor pointsto restore hand movements which requires the implantation of many electrodes and therefore a major surgery. Complications related to the implanted materials can occur over time. This thesis proposes an original approach based on (i) selective nerve stimulation (using a multi contact cuff electrode) to restore gripping motion in tetraplegic patients and (ii) use of signals from supra lesional muscles to control this stimulation. Human and animal experimentations performed in acute conditions have demonstrated the feasibility of our approach. Thus, stimulation of the sciatic nerve by our cuff electrode allowed to selectively activate several antagonistic muscles in the 5 animals included in the study. Intra fascicular selectivity was found in 3 of 5 animals. The stimulation of the median nerve of a tetraplegic patient allowed to selectively activate the palmaris longus and flexor carpi radialis muscles. For the control of neuroprosthesis we demonstrated in the 5 tetraplegics subjects who participated in the experiments, a combination of muscles that can be used to easily control a device. Continuous or graded contractions of these muscles can be maintained, without any prior learning or training. The control modalities and preferential muscles are patient-dependent.

Para contribuir com a ciência jurídica o presente estudo teve a finalidade de examinar o Ministério Público no Brasil, cujo modelo desenhado em 1988 o coloca em posição de destaque frente a congêneres de outros países da civil law, principalmente em razão da independência e da ausência de hierarquia entre os seus membros. O ponto crítico assentou-se na afirmação da existência de um elo que conduz todos os seus integrantes, de cujos interesses não podem se furtar porque traçados pelo próprio legislador. Por questões organizacionais são distribuídos entre eles, mas sua racionalização depende do abrandamento da independência funcional que cada qual entende ostentar. No primeiro capítulo a Instituição foi tratada no contexto constitucional, onde são encontrados os seus fins e garantias, assim como dos seus integrantes, as últimas idênticas às da magistratura nacional. No capítulo seguinte tratou-se de estudar sua fisionomia institucional, seus princípios, normas e os mecanismos internos de controle para o devido tratamento isonômico do público destinatário das suas ações. A terceira parte foi destinada às políticas públicas, cujo interesse tem se mostrado atual e desafiador para a integração dos membros do Parquet. Seguiu-se estudo sobre a investigação civil e o sistema de produção de provas, sobretudo como passo para a ação civil. Os dois últimos capítulos versaram sobre o processo civil individual e o processo civil coletivo, com o escopo de demonstrar suas diferenças, assim como o esperado comportamento do Ministério Público frente aos conflitos que os integram. / Pour contribuer avec la science juridique,cette étude a eu comme but lexamen du Ministère Public dont le modele dessiné em 1988 le met dans une position remarquable vis-à-vis ceux dautres pays de civil law qui lui ressemblent,surtout en raison de lindépendance et de labsence de hiérachie entre ses membres. Le point critique sappuie sur laffirmation de lexistence dun lien conduisant tous ses participants qui ne peuvent pas sécarter de ses intérêts, puisquils ont été projetés par le législateur même.Pour des questions dorganisation,ils sont distribués parmi eux mais la rationalisation dépend de ladoucissement de lindépendance fonctionnel que chacun entend démontrer. Au premier chapitre, lInstitution a été traitée dans le contexte constitutionnel où on trouve ses fins et ses garanties ainsi que celles de ses participants,étant les garanties identiques à celles de la magistrature nationale. Au chapitre suivant on a traité de létude de sa physionomie institutionnelle, ses principes, ses normes et les mécanismes intérieurs de contrôle pour le juste traitement isonomique du public destinataire de ses actions. La troisième partie a été destinée aux politiques publiques dont lintérêt se présente actuel et provocateur pour lintégration des membres du Parquet. Ensuite on a eu létude sur lenquête civile et sur le système de production de preuves, notamment comme démarche pour laction civile. Les deux derniers chapitres traitent de la procédure civile individuelle et de la procédure civile collective avec lintention de montrer leurs différences ainsi que la conduite du Ministère Public en ce qui concerne les conflits qui en font partie.

Au décours d’un AVC, près de 50% des patients vont développer un trouble de la cognition dans les six premiers mois suivant l’accident. Ces déficits ont la particularité de pouvoir être de natures différentes, en touchant plusieurs domaines cognitifs distincts, parfois simultanément. A l’aide de batteries de tests neuropsychologiques dédiés, ces altérations cognitives ont pu être largement décrites et caractérisées. En revanche, les mécanismes sous-jacents l’apparition de ces troubles sont encore mal compris.Grâce aux possibilités d’analyse structurelle et fonctionnelle du cerveau, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique de plus en plus utilisée pour identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques des maladies neurodégénératives. L’objectif principal de de travail de thèse était de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’apparition de troubles cognitifs post-AVC à l’aide de méthodologies avancées en IRM.La première étude est une étude transversale comportant un versant pré-clinique chez des rats ischémiés et un versant clinique chez des patients victimes d’un AVC. Chez l’Homme, les résultats ont montré des anomalies morphologiques de l’hippocampe ainsi que des anomalies structurelles du cortex entorhinal chez les patients présentant un déficit cognitif 6 mois après AVC. Chez le rongeur, l’imagerie a montré des déformations des contours de l’hippocampe chez les rats ischémiés présentant des anomalies cognitives 6 mois après occlusion de l’artère cérébrale moyenne.Nous avons ensuite analysé les anomalies de connectivité fonctionnelle spécifiques aux troubles cognitifs survenant dans les 6 mois après un AVC chez l’Homme car certains travaux ont démontré l’importance des anomalies de communication fonctionnelle dans l’apparition des troubles cognitifs post-AVC. Nous avons ainsi identifié un réseau fonctionnel spécifique organisé autour du lobe frontal supérieur et temporal. De plus, chaque fonction cognitive était associée à un motif spécifique de connexions fonctionnelles altérées.Enfin, à l’aide d’algorithmes d’apprentissage machine, nous avons montré que ce réseau fonctionnel impliqué dans la génèse des troubles cognitifs post-AVC était un excellent marqueur prédictif des altérations cognitives chez l’Homme 3 ans après l’AVC.Ainsi, les mesures morphométriques du lobe temporal médian et de connectivité fonctionnelle globale apparaissent comme des marqueurs IRM complémentaires dans la caractérisation des troubles cognitifs post-AVC. L’ensemble de ces résultats suggèrent ainsi que des mécanismes physiopathologiques spécifiques seraient impliqués dans la survenue de des troubles cognitifs, permettant d’envisager dans l’avenir des prises en charge personnalisées pour les fonctions cognitives des patients victimes d’AVC. / After a stroke, nearly 50% of the patients are prompt to develop cognitive disorders in the first 6 months. These deficits can be various, affecting distinct cognitive functions and sometimes simultaneously. Using specific cognitive battery, these disorders can be well described and characterized. However, the mechanisms leading to the development of these cognitive impairments are poorly understood.In that sense, magnetic resonance imaging offers many possibilities for the detection of occurring cognitive disorders after a stroke. The aim of this study of to better define imaging markers that could help to better understand the physiopathology and potentially, using advances methods, predict the long-term outcome of stroke patients.First, a translational study highlighted morphological deformations of hippocampus and structural changes of entorhinal cortex in patients with a cognitive disorder 6 month after stroke compared to patients without. These alterations have also been found in a rat model of ischemia, that presented deformations of hippocampus 6 months after the ischemia compared to control animals.Second, many imaging studies reported that the post-stroke cognitive disorders could be more associated with spread dysfunctions rather than focal alteration at the lesion site. In that sense, we analyzed the functional alterations that could exist in patients with a cognitive disorder 6 months post-stroke compared to patients without. We then identified a functional network that seemed to be organized around regions in superior frontal and temporal lobes. Moreover, each cognitive function presented specific pattern of correlated connections in this network.Lastly, using machine learning algorithms, we showed that this identified functional network 6 months post-stroke can predict the diagnosis of cognitive impairment 30 months later, and also predict alterations of specific cognitive domains at the same time.Then, morphological measures of the medial temporal lobe and the global functional connectivity analyses appeared to be complementary MRI markers for the characterization of patients developing a cognitive disorder after stroke. All these results suggest then that specific physiopathological mechanisms could be involved in the appearance of post-stroke cognitive disorders, permitting to imagine potential new personalized care of post-stroke cognitive disorders.

Les légumineuses font parties des familles les plus cultivées à la fois pour l'alimentation humaine et pour l'alimentation animale. Une des maladies principales de la luzerne (Medicago sativa), plante fourragère la plus cultivée au monde, est la verticilliose causée par Verticillium alfalfae, un champignon du sol. Sans traitements phytosanitaires efficaces et pratiques pour les maladies causées par des pathogènes du sol, la protection des cultures passe par la sélection de variétés résistantes. Dans cette thèse, la légumineuse modèle Medicago truncatula a été utilisée afin d'identifier des gènes candidats à la résistance quantitative à Verticillium alfalfae V31-2 (Va V31-2). La première étape de ces travaux a révélé des sources de résistance à la souche Va V31-2 au sein de l'espèce M. truncatula. Pour cela, 261 lignées (dont 246 accessions issues du projet MtHapMap) ont été inoculées et le développement de flétrissements foliaires a été suivi pendant quatre semaines, suivi d'un réisolement du pathogène à partir des parties aériennes. Ces analyses ont révélé une grande biodiversité de réponse à la verticilliose au sein de l'espèce Medicago truncatula, avec une variabilité inter et intra-populations. Dans une seconde partie, des QTL pour la résistance partielle à la verticilliose ont été identifiés par génétique d'association (GWAS) permettant la découverte de nouveaux QTL de résistance à Va V31-2 et la confirmation de la présence d'un QTL majeur sur le chromosome 7 précédemment décrit. Selon les phénotypes de maladie utilisés pour l'étude de GWAS, les QTL détectés sont différents, ce qui suggère des contrôles génétiques différents pour l'évolution des symptômes de maladie et la colonisation des parties aériennes par Va V31-2. Une seconde analyse de GWAS menée sur 90 accessions de la population tunisienne Soliman a révélé des gènes candidats différents de ceux identifiés à partir de la collection MtHapmap, suggérant une possible adaptation locale. La validation fonctionnelle de gènes candidats pour la résistance partielle a été entamée, en privilégiant ceux situés sur le chromosome 7, à la convergence de différentes études génétiques. La mise en place d'un système d'inoculation in vitro de racines transgéniques a permis de révéler le rôle du gène Medtr7g070480 codant pour une protéine SEC14 dans la résistance à Va V31-2. L'extinction de l'expression de ce gène par microARN artificiel dans le génotype A17 (résistant) et F83005.5 (sensible) diminue la colonisation des racines par Va V31-2, alors que sa surexpression augmente la colonisation chez A17 : il s'agirait donc d'un gène de sensibilité. L'unique polymorphisme génétique entraînant une substitution non synonyme entre A17 et F83005.5 explique 18,5% de la variation du niveau de résistance observée au sein des 246 accessions MtHapmap. L'étude de l'expression racinaire du gène MtSEC14 24 heures après inoculation par Va V31-2 dans un panel de 14 accessions sensibles et résistantes n'a pas montré de différences significatives entre ces deux types d'accessions. En parallèle, des gènes orthologues aux gènes candidats à la résistance à V. alfalfae ont été identifiés chez d'autres plantes modèles (Lotus japonicus, Arabidopsis thaliana, Nicotiana sp.), puis la pathogénicité de Va V31-2 a été testée chez ces espèces en vue de leur éventuelle utilisation pour valider le rôle de ces gènes. Un unique orthologue à MtSEC14 a également été identifié chez Medicago sativa. Grâce à la synténie entre M. truncatula et M. sativa, nos travaux pourront très probablement être transférés à la luzerne cultivée. A notre connaissance, ces travaux mettent en évidence pour la première fois le rôle d'un gène de sensibilité dans une résistance partielle à un micro-organisme chez les Légumineuses. / Pathogens, animals and weeds are responsible for losses ranging from 20% to 40% of global agricultural yield. Legumes are the second most grown crops after cereals as human and animal food, and their yield is also affected by pathogens. Verticillium alfalfae is a soil-borne pathogen causing high yield losses in alfalfa fields (Medicago sativa), the most worldwide legume forage crop grown. To date, there is no chemical control and crop breeding is the best way to protect alfalfa against V. alfalfae. However, Medicago sativa has a complex genome (allogamous and tetraploid), therefore in this work the model legume Medicago truncatula (diploid and self-fertile) was used to investigate genetic mechanisms involved in V. alfalfae V31-2 (Va V31-2) resistance. First, several sources of resistance were identified in M. truncatula biodiversity by assessing disease symptoms development in 261 lines from the Mediterranean basin inoculated by V. alfalfae V31-2. Reisolation of V. alfalfae V31-2 in M. truncatula stems was also led. These analyses revealed a great biodiversity of M. truncatula response towards Va V31-2. A genome wide association study (GWAS) on various disease phenotypes pinpointed several quantitative trait loci (QTL): one of them colocalized with a previous major QTL on chromosome 7 detected on LR4 and LR5 RILs populations. Both phenotypic and genetic analyses thus suggest the occurrence of different resistance mechanisms in M. truncatula populations towards V. alfalfae. Resistant candidate genes towards Va V31-2 were also identified by GWAS using 90 accessions of M. truncatula Soliman Tunisian population. These candidate genes are different from the pinpointed candidate gene of our previous GWAS analysis. These results might underline a local adaptation towards Verticillium. Consistencies between GWAS results with previous QTL and transcriptomic data led us to perform the functional validation with the candidate genes localized on chromosome 7. An original in vitro inoculation system of M. truncatula transgenic roots was used to validate Medtr7g070480 (gene encoding a SEC14 protein) as a key player towards V. alfalfae V31.2 in M. truncatula. Silencing the SEC14 gene using artificial microRNA in A17 (resistant) and F83005.5 (susceptible) lines decreases Va V31-2 colonization rate on transgenic roots whereas overexpressing MtSEC14 increases the colonization rate in A17. This MtSEC14 gene appears as a disease susceptibility gene. Moreover, 18.5% of the disease variation in the studied M. truncatula accessions is explained by the unique non-synonymous polymorphism between A17 and F83005.5 in MtSEC14. Root expression patterns of the SEC14 gene one day after inoculation by Va V31-2 was also analyzed in response to inoculation among a panel of 14 susceptible and resistant M. truncatula accessions of diverse geographic origins. No significant differences were found. At the same time, orthologous resistance candidate genes towards Va V31.2 in several other model species (Lotus japonicus, Arabidopsis thaliana, Nicotiana sp.) were discovered. Pathogenicity of Va V31-2 in these species was monitored to use them as potential model for functional validation. Only one orthologous gene of MtSEC14 has been identified in Medicago sativa. Because of a great synteny between M. truncatula and M. sativa, our work could be useful for alfalfa breeding. In this work and for the first time, a susceptibility gene involved in a quantitative resistance against microorganisms in Legumes was identified.

L’intérêt que porte la communauté scientifique ainsi que politique aux les services écosystémiques et à leur résilience face aux changements globaux (environnementaux ou sociétaux) en cours est grandissant, ce qui se reflète par le nombre d’études à ce sujet, le rapport d’évaluation des écosystèmes pour le millénaire et la mise en place d’un groupe de travail sur la résilience (« Resilience Alliance »). Les définitions de la résilience sont elles aussi très variées, avec des concepts tels que la résistance, la résilience spécifique (« de quoi à quoi ? »), la résilience générale, l’adaptabilité et la transformabilité, que nous nous sommes appropriés dans le but de développer un cadre conceptuel et méthodologique pour étudier la résilience de la fourniture de services écosystémiques, en particulier dans le but de comparer les potentiels de résilience des différents types de prairies subalpines du col du Lautaret (Hautes-Alpes, France) pour un ensemble de services sélectionnés. Nous avons proposé deux approches pour évaluer les potentiels de résilience des différents états dans lequel peut se trouver un socio-écosystème, en considérant la résilience comme la capacité d’un système à maintenir une fourniture stable de services écosystémiques (composante résistance) mais aussi sa capacité à l’adapter (différentes composantes selon le degré d’adaptation : résilience, transition, transformation). Une première étape d’évaluation d’un ensemble de services d’intérêt sur la zone d’étude est suivie d’une première analyse de la résilience de chacun de ces services spécifiquement, basée sur l’évaluation de « gammes opérationnelles » pour chaque service, définies comme les gammes de valeurs que peut prendre le dit service dans un état donné du socio-écosystème. L’échelle organisationnelle à laquelle ces gammes sont évaluées les relie aux différentes composantes de la résilience. Les résultats confirment l’intérêt de s’intéresser à la résilience spécifique de chaque service, car leur profil de résilience sont différents, c’est-à-dire que les prairies aux plus forts potentiels ne sont pas les même d’un site à l’autre, bien que dans tous les cas les potentiels de résilience soient plutôt forts, au contraire des autres potentiels.La deuxième analyse part de l’hypothèse théorique que la diversité des traits de réponse (hétérogénéité et redondance) améliore la résilience. Nous avons fait l’hypothèse que, lorsque les traits de réponse sont ceux utilisés pour modéliser les services écosystémiques, la diversité fonctionnelle d’une communauté végétale peut-être reliée à sa résilience générale en termes de services écosystémiques. Nous avons relié plusieurs mesures de la diversité fonctionnelle aux potentiels de résilience (entropie et diversité fonctionnelle dans leur dimension α et β, redondance et complémentarité des groupes fonctionnels). Cependant, les résultats obtenus par l’analyse des prairies du Lautaret nous amènent à réfuter l’hypothèse proposant que la diversité fonctionnelle des communautés végétales permet d’expliquer le profil de résilience des services écosystémiques analysés, car ils ne concordent pas avec les profils de résilience trouvés par l’approche des gammes opérationnelles. Au final, nous préconisons d’utiliser l’approche des gammes opérationnelles, qui permet de connaître le profil de résilience de chaque service, dans le cadre d’étude portant sur la capacité d’un socio-écosystème à maintenir la fourniture de ses services écosystémiques. Cette approche peut de plus être enrichie d’une approche de scénarisation qui permettrait de déterminer « à quoi » la fourniture de chaque service est résiliente. / As evidenced by the number of studies on the subject, the recent millennium ecosystem assessment and the establishment of a working group on resilience (« Resilience Alliance »), the interest of the scientific community in ecosystem services and their resilience in the face of global change (environmental or social) is steadily increasing. Definitions of resilience are highly varied, and we used concepts such as resistance, specific resilience (« of what to what ? »), generalised resilience, adaptability and transformability to develop a conceptual and methodological framework to study the resilience of ecosystem service provision. This conceptual framework was applied to compare the potential resilience of differing sub-alpine grasslands types in three local government areas in the area of the Col du Lautaret (Hautes-Alpes, France) for a number of locally and regionally important ecosystem services. We proposed two approaches for evaluating the potential resilience of the different states in which a socio-ecosystem can exist, by considering resilience as the capacity of a system to maintain a stable provision of an ecosystem service (resistance component), as well as its capacity to adapt this provision if needed (components of resilience, transition, transformation depending on the degree of adaptation). A first stage of the quantification of ecosystem services was followed by an initial analysis of each of these services via the evaluation of their « operating ranges », defined as the range of values that a service can take given a particular state of the socio-ecosystem. The organizational scale at which these ranges are evaluated links them to other components of resilience. Our results confirm the utility of considering the specific resilience of each service, as the profiles of their resistance are different. In particular, the types of grasslands with the highest resilience component potential are not the same from one site to another, even though in all cases these resilience component potentials are rather high as compared to other components potentials. The second analysis is based on the theoretical hypothesis that it is the increasing diversity of response traits (heterogeneity and redundancy) which increases resistance. We hypothesised that, when it is response traits that have been used to model ecosystem services, the functional diversity of a plant community can be linked to its overall resistance in terms of ecosystem services. We linked a number of measures of functional diversity to resilience potential, including the α and β dimensions of entropy and functional diversity, and the redundancy and complementarity of functional groups. The obtained results for the grasslands at Lautaret lead us to reject the hypothesis which proposes that the functional diversity of plant communities can be used to predict the patterns of resilience of the analysed ecosystem services, as these do not correspond to the patterns of resistance obtained from the approach using operating ranges. Finally, we suggest that to assess the capacity of a socio-ecosystem to maintain the provision of ecosystem services, our approach using operating ranges is preferable as it allows for the quantification of the resistance profile of each service. This approach could be further developed using scenario building so as to determine « to what » the provision of each service is resistant.

Le modèle RANS à une équation de fermeture est utilisée avec une nouvelle longueur de mélange. par interpolation, notre loi est universelle. Nous avons étendue ce résultat pour considérer les fonds rugueux. L'existence d'une solution au système d'équation associée est montrée, c'est un problème elliptique avec un terme source dans L¹. Nous utilisons le modèle "under location uncertainty" pour obtenir un profil de vitesse cohérent dans toute la couche limite turbulente. Le raisonnement que nous apportons ici lie un terme sous-grille à ce profile. Nous apportons également une estimation des variances à temps courts dans la zone visqueuse. / The RANS one-closure equation is tested with a new formulation of the turbulent mixing length. By interpolation, the law is universal. It also take account of any roughness of the ground. The existence of solution of the RANS model is also proven and bring a new proof of elliptic problem with source term in L¹. We use the model under location uncertainty to derive a velocity profile in the whole boundary layer. An expression of the small-scale velocity component is also provided in the viscous zone.

Les méthodes traditionnelles de gestion des renouées asiatiques (Fallopia spp.), plantes invasives parmi les plus menaçantes au monde, ont des résultats mitigés et coûteux. Certains gestionnaires s'orientent donc vers des solutions alternatives comme le génie végétal. Ordinairement utilisé contre l'érosion des berges de cours d'eau, il permet également d'installer un couvert végétal rapidement et durablement. Un des enjeux pour le contrôle des renouées asiatiques est donc d'optimiser ces méthodes afin de reconstituer des communautés végétales capables de les réguler. Ce travail de thèse tente de répondre à cet enjeu en apportant une meilleure compréhension du rôle des interactions biotiques dans la régulation des renouées asiatiques.Dans ce projet, nous nous sommes intéressés aux populations déjà installées de renouées asiatiques et donc aux facteurs qui interviennent en tant que régulateur de leur performance. Les renouées asiatiques étant plus rares en forêts structurées et étant connues comme des espèces pionnières dans leur aire d'origine, l'hypothèse est que la compétition, en particulier pour la lumière, joue un rôle central dans la régulation de leur performance. L'objectif du travail de thèse a été de vérifier cette hypothèse, en évaluant le rôle de la lumière dans la performance des renouées asiatiques (chapitre 1), en étudiant le rôle des interactions biotiques de type compétition (chapitre 2) et en évaluant l'effet inhibiteur de la renouée du Japon sur des boutures de Salicaceae en fonction de la lumière disponible (chapitre 3). Le premier chapitre met en évidence, par des mesures in situ, l'importance de la quantité de lumière sur la production de biomasse aérienne des renouées asiatiques, comparativement à d'autres facteurs liés aux perturbations ou aux conditions édaphiques (partie 1). Une expérimentation en conditions semi-contrôlées dans laquelle des renouées asiatiques ont été cultivées et soumises à un gradient de lumière complète ces résultats (partie 2). Elle met en évidence leur plasticité phénotypique ainsi que l'existence de différents seuils de lumière pour la production de biomasse, l'allocation des ressources ou leurs effets compétitifs.Le deuxième chapitre s'intéresse plus spécifiquement aux interactions compétitives et en particulier à la compétition pour la lumière. La première partie démontre, par l'évaluation in situ de la performance des renouées asiatiques le long de gradients environnementaux, le rôle prépondérant de la structure fonctionnelle de la communauté végétale. La deuxième partie s'appuie sur une expérimentation en microcosme et montre les effets compétitifs respectifs du saule des vanniers (espèce prometteuse pour le contrôle des renouées asiatiques) et de la renouée du Japon. Enfin, le dernier chapitre de la thèse s'intéresse plus spécifiquement aux effets allélopathiques de la renouée du Japon sur des boutures de différentes espèces de Salicaceae. Une première analyse met en évidence des effets phytotoxiques différentiels entre les espèces de Salicaceae (partie 1). La deuxième analyse répète cette expérimentation mais dans des conditions de lumières limitées, mettant ainsi en évidence les compromis de ressources chez la renouée du Japon qui privilégie l'acquisition de la lumière au détriment de la production de composés inhibiteurs.Cette thèse, située à l'interface de l'écologie des invasions, de l'écologie des communautés et de l'écologie fonctionnelle, est centrée sur un complexe d'espèces hautement invasives, les renouées asiatiques. Elle propose des éclairages sur leur écologie permettant une meilleure compréhension de ses capacités invasives dans la perspective d'améliorer leur gestion. / Traditional methods for the management of Asian knotweeds (Fallopia spp.), among the worst invasive plants worldwide, are fastidious and expensive. Managers try to develop alternative technics such as bioengineering. Habitually used for riverbank protection against erosion, bioengineering also promotes the rapid recovery of plant communities. One issue for the control of Asian knotweeds is to improve such methods in order to restore competitive plant communities able to regulate the invasive populations. In this context, this work aims at better understanding the role of biotic interactions in the regulation of Asian knotweed populations. In this PhD project, we focused on Asian knotweed populations already established, trying to highlight factors that control their performance. Asian knotweeds are rare in mature and structured forests and are known as pioneer species in their native range. Our hypothesis is that competition and particularly competition for light, has a central role in the control of their performance. The objective of this work was to test this hypothesis through i) the evaluation of the role of light in the performance of Asian knotweeds (chapter 1), ii) the study of the role of competitive interactions (chapter 2) and iii) the investigation on the inhibitory effect of Asian knotweed on Salicaceae cuttings in different light conditions (chapter 3). The first chapter highlights, through field measurements, the importance of light quantity filtered by plant canopy relatively to other factors like disturbance and soil resources on aerial biomass production (part 1). Another experiment in semi-controlled conditions, where Asian knotweeds were grown under a light gradient, shows their phenotypic plasticity and puts forward different light thresholds considering biomass production, resource allocation or capacity to filter light.The second chapter focuses more specifically on biotic interactions like competition for light. The first part demonstrates, through the field evaluation of knotweed performance along environmental gradients, the major role of the functional structure of plant community. The second part studies more precisely the respective competitive effects between Salix viminalis (a good candidate for the control of Asian knotweeds) and Asian knotweed. Finally, the last chapter deals with allelopathic effect of Asian knotweed on cuttings of different Salicaceae species. A first analysis shows differential inhibitory effects between Salicaceae species (part 1). A second analysis repeats the first one in different light conditions and highlights resource trade-offs in Asian knotweed which favors light acquisition to secondary compound production. This PhD thesis, at the crossing point of invasion ecology, community ecology and functional ecology, is focused on the highly invasive Asian knotweeds. This work proposes new insights on their ecology allowing a better understanding of their invasive capacities in order to improve their management.

Dans le contexte des changements globaux, la biodiversité en Méditerranée est menacée, notamment par une sécheresse plus intense, avec des modifications probables du fonctionnement des écosystèmes. Cette thèse étudie l’effet de la sécheresse accrue sur la végétation et la modulation des effets par la diversité végétale, par une expérimentation d’exclusion de pluie dans une garrigue au nord de Marseille avec un gradient naturel de diversité. Les performances des 4 arbustes dominants, la diversité spécifique et fonctionnelle, les relations interspécifiques et la relation diversité-productivité de la garrigue ont été étudiés sous deux niveaux de pluieAprès 2,5 années, les effets de la sécheresse accrue sur la performance des 4 arbustes dépendent de l’espèce et du paramètre évalués et peuvent être modulés par la diversité des co-dominantes. Q.coccifera parait plus résistante et résiliente, suivie de R.officinalis et finalement de C.albidus et U.parviflorus. Ceci s’explique en partie par leurs différentes stratégies d’acquisition, utilisation et conservation du carbone et de l’eau. Les traits foliaires et la diversité fonctionnelle et spécifique ne sont pas affectés significativement par la réduction des pluies, mais dépendent du nombre, l’identité et le recouvrement des dominantes. Au vu de l’effet différentiel de la sécheresse accrue sur les espèces dominantes, on peut s’attendre à un effet négatif indirect de la sécheresse sur la biodiversité et donc sur le fonctionnement de la garrigue. On confirme l’importance d’intégrer les facteurs biotiques dans les modèles visant à prévoir le fonctionnement et les services des écosystèmes dans le cadre du changement climatique. / In the global change context, the biodiversity in the Mediterranean is under threat, mainly due to the more intense drought, which could lead to modification of ecosystem functioning. This thesis focuses on the effects of higher drought on the aboveground vegetation and the modulation of these effects by plant diversity thanks to a precipitation exclusion experiment in a shrubland in the south of France whith a natural diversity gradient. The 4 dominant shrub species performances, the specific and functional diversity, the interspecific interaction, and the biodiversity-productivity relationship were studied under 2 rain levelsAfter 2,5 years the effects of increased drought on the 4 dominant shrub performances was species- and parameter-dependant and can be modulated by the diversity of the co-dominant species. Q. coccifera seems the most resistant and resilient, followed by R. officinalis and finally by C. albidus and U. parviflorus. This is partly explained by the different strategies of acquisition, utilization and conservation of carbon and water of the four species. The leaf traits, the functional and specific diversity are not significantly affected by the precipitation decrease, but they depend on the number, the identity and the cover of the dominant shrubs. Given the differential effect of higher drought on the dominant species performances, we could expect an indirect negative effect of drought on the shrubland diversity and so on ecosystem functioning. We confirm the importance of taking into account the biotic factors in models aiming to predict the ecosystem functioning and environmental risks and services under future in the climate change context