La Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) combinée avec la méthode de la Symétrie Brisée (BS) est aujourd'hui très utilisée dans le domaine du magnétisme moléculaire pour le calcul des constantes d'échange. Cette méthode (DFT-BS) reste cependant semi-quantitative et elle souffre de défauts déjà discutés dans la littérature. Dans le but de mieux en comprendre l'origine, nous avons réexaminé les contributions physiques qui participent au mécanisme d'échange. Nous proposons alors plusieurs formules analytiques construites suivant deux approches complémentaires (orbitales moléculaires et liaison de valence). Au cours de notre analyse, nous avons soulevé un problème inédit relatif à l'état de symétrie brisée tel que livré par le calcul DFT. Nos modèles seront appliqués au cas des dimères de cuivre(II) et nous verrons comment quantifier les différents paramètres afin de reconstruire les constantes d'échange. Qui plus est, notre travail permet d'établir une correspondance quantitative originale entre les deux approches pré-citées. / Density Functional Theory (DFT) combined with the Broken Symmetry (BS) method is today widely used in the field of molecular magnetism for the computation of exchange coupling constants. But this method (DFT-BS) remains semi-quantitative as it suffers from a series of drawbacks already discussed in the literature. In order to better understand the origin of such problems, we reexamined the physical contributions acting in the exchange phenomenon. We then propose alternative analytical expressions built along two complementary approaches (molecular orbitals and valence bond). During our analysis, we found a new problem linked to the broken symmetry state as it comes out of a DFT calculation. Our models will be applied to copper(II) dimers and we will show how to quantify the different parameters involved in order to reconstruct the coupling constants. Moreover, our work allows for an original quantitative correspondence between the two above-mentioned approaches.

L'interaction entre la matière et le rayonnement est un domaine bien établi de la physique. Pour un physico-chimiste, cette interaction peut être utilisée comme une sonde (spectroscopie) ou pour provoquer des réactions chimiques (photo-chimie). Les mécanismes des réactions photochimiques sont difficiles à étudier expérimentalement et même les études les plus sophistiquées de spectroscopies femtosecondes peuvent bénéficier énormément des simulations théoriques.Les résultats spectroscopiques d'ailleurs ont souvent besoin des calculs théoriques pour l'analyse de leurs spectres. Les méthodes théoriques pour décrire les processus photochimiques ont été principalement développées en utilisant le concept de la fonction d'onde à N corps et ont eu des succès remarquables. Cependant de telles approches sont généralement limitées à des petites ou moyennes molécules. Heureusement la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TD-DFT) a émergé comme une méthode simple de calcul pouvant être appliquée à des molécules plus grandes, avec une précision qui est souvent, mais pas toujours, semblable à la précision provenant des méthodes basés sur la fonction d'onde à N électrons. Une partie de cette thèse consiste à surmonter les difficultés des approximations utilisées de nos jours en TD-DFT. En particulier, nous avons examiné la qualité des intersections coniques quand l'approche du retournement de spin non collinéaire de Ziegler-Wang est utilisée et nous avons montré que l'approche du retournement de spin, parfois ,améliore dans des cas particuliers, mais que c'est n'est pas une solution générale pour mieux décrire les intersections coniques dans les simulations photochimiques basées sur la TD-DFT. La plupart des parties de cette thèse traite d'améliorations algorithmiques, soit pour améliorer l'analyse des résultats de la TD-DFT, soit pour étendre les calculs de TD-DFT à de grandes molécules. L'implémentation de l'analyse automatique des symétries des orbitales moléculaires dans deMon2k est une contribution pour améliorer l'analyse des résultats de la TD-DFT. Cela a aussi servi comme une introduction au projet de programmation majeur. La contribution méthodologique principale dans cette thèse est l'implémentation des équations de Casida dans le code BigDFT fondé sur le formalisme des ondelettes. Cette implémentation a aussi permis une analyse détaillée des arguments positifs et négatifs de l'utilisation de la TD-DFT fondée sur les ondelettes. On montre qu'il est plus facile d'obtenir des orbitales moléculaires précises qu'avec deMon2k. Par contre, la contribution des orbitales inoccupées est plus problématiques qu'avec un code de gaussienne comme deMon2k. Finalement, les équations de base des gradients analytiques des états excités sont dérivées pour la TD-DFT. La thèse se termine avec quelques perspectives de travaux futurs. / The interaction of light with matter is a well-established domain of physical science. For a chemical physicist, this interaction may be used as a probe (spectroscopy) or to induce chemical reactions (photo- chemistry.) Photochemical reaction mechanisms are difficult to study experimentally and even the most sophisticated modern femtosecond spectroscopic studies can benefit enormously from the light of theoret- ical simulations. Spectroscopic assignments often also require theoreti- cal calculations. Theoretical methods for describing photoprocesses have been developed based upon wave-function theory and show remarkable success when going to sophisticated higher-order approxi- mations. However such approaches are typically limited to small or at best medium-sized molecules. Fortunately time-dependent density- functional theory (TD-DFT) has emerged as a computationally-simpler method which can be applied to larger molecules with an accuracy which is often, but not always, similar to high-quality wave-function calculations. Part of this thesis concerns overcoming difficulties in- volving the approximate functionals used in present-day TD-DFT. In particular, we have examined the quality of conical intersections when the Ziegler-Wang noncollinear spin-flip approach is used and have shown that the spin-flip approach has merit as a particular solution in particular cases but is not a general solution to improving the de- scription of conical intersections in photochemical simulations based upon TD-DFT. Most of this thesis concerns algorithmic improvements aimed at either improving the analysis of TD-DFT results or extending practical TD-DFT calculations to larger molecules. The implementa- tion of automatic molecular orbital symmetry analysis in deMon2k is one contribution to improving the analysis of TD-DFT results. It also served as an introduction to a major programming project. The major methodological contribution in this thesis is the implementation of Casida's equations in the wavelet-based code BigDFT and the subse- quent analysis of the pros and cons of wavelet-based TD-DFT where it is shown that accurate molecular orbitals are more easily obtained in BigDFT than with deMon2k but that handling the contribution of unoccupied orbitals in wavelet-based TD-DFT is potentially more problematic than it is in a gaussian-based TD-DFT code such as de- Mon2k. Finally the basic equations for TD-DFT excited state gradients are derived. The thesis concludes with some perspectives about future work.

Le sujet de cette thèse porte sur l'étude des propriétés magnétiques de métaux de transition et leurs alliages sous haute pression au moyen de calculs ab initio. D'abord, les résultats de mesures de dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) au seuil K du nickel et du cobalt sont interprétés. Je montre que les données expérimentales doivent être comparées à celle de l'aimantation d'orbite projetée sur les états ``p''. Je mets en avant que la pression affecte différemment le spin et le moment orbitalaire. Dans le cas de l'alliage FeCo, la transition structurelle s'effectue sous une pression appliquée de l'ordre de 35 GPa. Je propose que l'émergence de l'antiferromagnétisme peut expliquer la disparition du signal XMCD au seuil K du fer et du cobalt. Ensuite, la transformation de phase dans FePd3, induite sous une pression de 12 GPa, est étudiée. Je démontre que le système est décrit par un modèle de Heisenberg étendu, contenant interactions d'échange biquadratiques forts. Selon nos résultats, FePd3 subit une transition de l'etat ferromagnétique à l'état triple-Q non-colinéaire, lorsqu'il est compressé. Enfin, une mise en oeuvre du tenseur des contraintes dans le code BigDFT est présentée. Il est montré qu'un traitement explicite des électrons de coeur permet de réduire considérablement les erreurs introduites par les pseudo-potentiels. Ainsi, les estimations des propriétés structurales peuvent être améliorées. / The subject of the present thesis is the investigation of magnetic properties of transition metals and their alloys under high pressure by means of first-principles calculations. First, the results of the K-edge x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments on Ni and Co are interpreted. It is shown that the experimental pressure evolution of the data should be compared with that of the p-projected orbital magnetization. I emphasize that the spin and orbital moments have different behavior upon compression. In the case of FeCo alloy the structural transition occurs under the pressure of 35 GPa. I propose that the emergence of antiferromagnetism can explain the disappearance of the XMCD signal at the Fe and Co K-edges. Then, the phase transformation in FePd3 , induced under pressure of 12 GPa, is investigated. I demonstrate that the system is described by an extended Heisenberg model, containing strong biquadratic exchange interactions. According to the results, FePd3 undergoes a transition from the ferromagnetic to the noncollinear triple-Q state when compressed. Finally, the implementation of the stress tensor in the BigDFT software package is presented. It is shown that an explicit treatment of core electrons can considerably reduce the errors introduced by the pseudopotentials. Thus the estimates of the structural properties can be improved.

Les épilepsies sont des hyperactivités neuronales pathologiques largement distribuées au sein du système nerveux. Aborder la question de l'organisation spatiotemporelle de ces crises est un premier pas crucial vers la dissection des mécanismes qui les sous-tendent. Alors qu'il existe de nombreux modèles d'hyperactivité épileptiforme, il est plus difficile d'étudier les crises spontanées, qui sont altérées par la sédation. Dans cette thèse, j'ai développé une approche combinant l'électroencéphalogramme (EEG) avec l'imagerie fonctionnelle ultrasonore (fUS), sur le rat mobile. Ainsi, sur un modèle d'épilepsie absence, j'ai pu enregistrer simultanément la survenue des crises et les variations hémodynamiques, marqueurs du métabolisme cellulaire. Le suivi additionnel de l'activité hémodynamique n'avait pas d'effet en soi sur l'occurrence et la durée des crises épileptiques. L'analyse des enregistrements a permis de mettre en évidence des corrélations entre les activités électriques et vasculaires durant les crises. Tandis que le thalamus présentait des zones d'hyperperfusion pendant les crises, le cortex présentait des corrélats variables suivant les aires, avec une hyperémie des aires somato-sensorielles accompagnée parfois d'une baisse de perfusion des tissus adjacents. La sensibilité du fUS a révélé, à partir d'événements uniques, qu'une série de pointe-ondes observée par une électrode EEG ne s'accompagne pas toujours d'une hyperactivité vasculaire au même endroit. Ainsi, cette approche permet de délimiter le contour des aires présentant une activité vasculaire pendant les crises et montre une dichotomie partielle entre les composantes électriques et vasculaires des crises. / Epilepsies consist in neuronal hyperactivities distributed across the nervous system that need first to be located in order to later decipher the mechanisms of these pathologies. While there are many models of epileptiform hyperactivity, it is more difficult to study spontaneous seizures, which are altered by sedation. In this thesis, I developed an approach that combines electroencephalography (EEG) and functional ultrasound imaging (fUS), on the mobile rat. Thus, on a model of absence epilepsy, I could record simultaneously the occurrence of seizures and the hemodynamic variations, which reflect cellular metabolism. Seizures were unaltered by the recording protocol, compared to rats with EEG alone. Correlations were observed between electric and vascular activities. The thalamus showed areas of hyperperfusion during seizures. The cortex exhibited different correlates in distinct areas, with hyperaemia in somato-sensory areas, occasionally associated with a decrease in perfusion in adjacent tissue. The sensitivity of fUS, which could resolve blood changes from single occurrences, revealed that series of spike-wave discharges recorded from an EEG electrode were not always associated with vascular hyperactivity in the same region. Thus, this approach can delimit the contour of areas presenting vascular activity during seizures and shows a partial dichotomy between the electric and vascular components of seizures.

Les communautés microbiennes benthiques participent activement au recyclage de la matière organique et de fait au fonctionnement biogéochimique des écosystèmes lacustres. Ces communautés comportent de nombreux phyla mais leur diversité fonctionnelle est encore incomplètement connue. Ce travail vise à appréhender les modifications de structure et d'abondance des gènes fonctionnels en lien avec la distribution spatiale verticale (liée au gradient d'oxydoréduction), la variabilité spatiale horizontale (zone côtière vs pélagique) et la dynamique saisonnière liée au brassage de la colonne d'eau (ré-oxygénation des interfaces benthiques), de même que l'identification de la diversité des méthanotrophes et des méthanogènes.Pour cette étude, des carottes sédimentaires ont été prélevées sur un transect zone côtière – zone pélagique, à différentes dates au cours d'un cycle annuel. Chaque carotte sédimentaire a été analysée dans la verticalité entre l'interface eau-sédiment et 20 cm. Les communautés microbiennes participant au cycle du méthane ont été ciblées par 2 gènes de fonction et étudiées en termes de structure, de diversité et d'abondance; par ailleurs, des marqueurs phylogénétiques ont été utilisés pour caractériser les communautés bactériennes et archéennes totales.Les résultats de l'étude spatiale montrent que, si à l'échelle locale (station d'échantillonnage) une relative homogénéité des communautés microbiennes (totales et fonctionnelles) est observée, des variabilités fortes sont détectées d'une part à l'échelle des transects horizontaux en lien avec des changements de conditions environnementales et d'autre part dans la verticalité des sédiments sous l'effet des conditions d'oxydoréduction. La communauté bactérienne étant la plus affectée dans la verticalité, avec des changements de structure entre toutes les strates étudiées. Dans cette même étude, une analyse comparative de la structure des communautés (totales et fonctionelles) a démontré que l'analyse d'échantillons individuels permettait d'obtenir un plus grand nombre d'OTU que l'analyse des mêmes échantillons regroupés en pools.Les résultats de l'étude de la dynamique temporelle des communautés méthanogènes et méthanotrophes révèlent des changements de structure et abondance, principalement à l'interface eau - sédiment en lien avec la dynamique d'oxygénation du lac. Quant à l'analyse de la diversité, elle montre une dominance des Methanomicrobiales (Methanoregula principalement) pour les méthanogènes, mais les Methanosarcinales (Methanosarcina) et les Methanobacteriales (Methanobacterium) ont également été identifiés. Pour les méthanotrophes, la diversité est dominée par Methylobacter en zone profonde et par Methylococcus en zone côtière, les méthanotrophes de Type II (Methylosinus et Methylocystis) ont aussi été identifiés.L'ensemble de ces travaux souligne l'importance de prendre en compte, à la fois la variabilité spatiale (horizontale et verticale) et la variabilité temporelle, des communautés méthanogènes et méthanotrophes lors de l'étude de ces communautés. Les changements quant à leurs structures et leurs abondances sont des paramètres non négligeables pour comprendre les processus impliqués dans le cycle du méthane. / Benthic microbial communities are actively involved in organic matter recycling and fact biogeochemical functioning of lake ecosystems. These communities comprise many phyla but their functional diversity is still incompletely known. This study is focused on the benthic microbial communities involved in the methane cycle in lacsutrine suystems. We aimed understanding the structural and abundance changes of functional genes related to the vertical distribution (redox gradient in sediment), the horizontal variability (coastal vs. pelagic benthic zone) and seasonal dynamics related to mixing of the water column (re-oxygenation of benthic interface). The composition of methanotrophic and methanogenic communities was characterized by sequencing analyses.For this study, sedimentary cores were sampled along a transect from coastal to pelagic zone, at different times during an annual cycle. In addition, each sediment core was analyzed in its verticality from the water-sediment interface to 20 cm depth. Microbial communities involved in the cycle of methane (methanogenesis and methanotrophy) were targeted by 2 functional genes (mcrA and pmoA). Furthermore, phylogenetic markers were used to characterize the total bacterial and archaeal communities. These communities are studied in terms of structure (genotyping), diversity (sequencing) and abundance (qPCR, DNA) of their functional genes.The results of the study showed that, on a spatial scale, a low heterogeneity was detected for a given sampling station in terms of structure of microbial communities (total and functional), however, a high variability was detected both at an horizontal scale along a transect (costal vs. pelagic zone), due to contrasted environmental conditions, and at a vertical scale (upper to deeper layers in the core) under the effect of redox conditions. The bacterial community being the most affected in the verticality, with structural changes among all strata studied. In the same study, a comparative analysis of the structure (for all of the communities), between pooled samples and individual samples, demonstrated that the analysis of individual samples provided a greater number of OTU for the majority of microbial communities.Moreover the study of the temporal dynamic of methanogen and methanotroph communities revealed changes in the structure and abundance, mainly at the water - sediment interface, according to the oxygenation levels that varied through time. The analysis of diversity showed a dominance of Methanomicrobiales (Methanoregula mainly) for methanogens, but Methanosarcinales (Methanosarcina) and Methanobacteriales (Methanobacterium) were also identified. The methanotrophs' community was dominated by Methylobacter on deeper stations and by Methylococcus in coastal station. Type II methanotrophs (Methylosinus and Methylocystis) were also identified.This work highlights the importance of taking into account both the spatial variability (horizontal and vertical) and the temporal variability of methanogen and methanotroph communities. Changes on their structures and abundances are significant parameters for understanding the processes involved in the methane cycle.

Cette thèse modélise l’activité d’apprentissage dans les plateformes LMS (Learning Management System) en vue d’optimiser l’efficacité des utilisateurs. Ce projet est né d’une préoccupation pratique, à savoir comment faciliter l’utilisation des plateformes LMS chez les enseignants et apprenants des pays en voie de développement qui font face à la fracture numérique et éducative. Cette recherche aborde le problème de l’adaptabilité des LMS et suppose deux niveaux de modélisation : l’outil d’apprentissage et le contexte d’utilisation projeté. Pour traiter cette question d’adaptabilité, nous procédons par une double approche : l’analyse fonctionnelle des outils LMS et la réingénierie des interfaces utilisateurs. La première consiste à définir une approche d’analyse de l’activité d’enseignement-apprentissage dans les plateformes LMS. Ceci passe par une modélisation des situations courantes d’apprentissage et un croisement avec les fonctionnalités offertes dans les solutions LMS existantes. Ce travail préliminaire a permis de construire et proposer un modèle d’analyse utilisationnelle des plateformes que nous désignons méthode OCAPI fondé sur cinq catégories fonctionnelles : Organiser-Collaborer-Accompagner-Produire-Informer. La seconde approche s’inspire de la recherche fondamentale menée en amont et propose une réingénierie adaptative des LMS basée sur le contexte d’utilisation. Il s’agit d’un configurateur automatique embarqué qui adapte l’environnement de travail pour chaque usage et usager. Le prototype est articulé dans l’intention manifeste d’assurer une prise en main rapide des novices et se veut le moins contraignant possible du point de vue technologique. / The present research aims to model learning processes on Learning ManagementSystems (LMS) in a bid to maximize users’ efficiency. We came about this idea whilethinking over the possible ways of facilitating the use of LMS for teachers and learnersin countries affected by the digital divide. Drawing from that, the following question hasbeen stated: in a given learning context, how can we insert a Learning ManagementSystem that provides users with both easy handling and optimal using conditions? Thisissue raises the problem of LMS adaptability and suggests two levels of modeling: thelearning tool on one hand and the planned context of use on the other. To address thisissue of adaptability, we adopt a two-pronged approach including the functionalanalysis of LMS tools and the reengineering of user interfaces. The first step is todevelop an approach for the analysis of teaching and learning processes on LMS. Thisentails modeling common learning situations and cross-checking them with thefeatures available in LMS solutions. This preliminary work enabled to build a formalismfor LMS analysis which is referred to as the OCGPI approach (Organize-Collaborate-Guide-Produce-Inform). The second step proposes an adaptive reengineering of LMSbased on the context of use. This is namely an embedded configurator which adaptsthe working environment according to each use and each user. This tool aims at givingbeginners the possibility of acquainting themselves quickly with the virtual platform.

La disponibilité en eau est le principal facteur limitant le fonctionnement des écosystèmes méditerranéens. Des sècheresses plus marquées ou plus fréquentes pourraient avoir d'importantes répercussions sur l'activité et la diversité de la faune du sol qui régule la décomposition des litières et le cycle des nutriments. Dans cette thèse j'ai étudié expérimentalement les interactions entre une modification des apports en eau et l'impact de la macrofaune détritivore sur les processus de décomposition en conditions méditerranéennes. Dans une première partie, j'ai étudié l'effet d'une espèce de détritivore très abondante localement, Ommatoiuus sabulosus, sur la décomposition des litières d'arbustes de garrigue. Une expérience d'un mois en microcosmes a permis d'étudier ses effets directs (via la consommation de litière) et indirects (via l'activité microbienne dans ses fèces) sur la perte de masse des litières et les communautés microbiennes à deux niveaux d'humidité contrastés. Dans une autre expérience d'un an sur le terrain, la mise en place de sachets de litières et de fèces à deux profondeurs dans un sol de garrigue a permis d'étudier les effets d'Ommatoiulus à plus long terme. Les principaux résultats montrent que sa consommation de litière est moins affectée par la sècheresse que la décomposition microbienne, mais que, à court terme, Ommatoiulus ne stimule pas la minéralisation de la matière organique, quelles que soient les conditions d'humidité. En revanche, à plus long terme, Ommatoiulus peut accélérer la décomposition de certaines litières comme le chêne kermès, puisque des fèces issues de cette litière déposées à la surface du sol pendant un an perdent plus de masse que de la litière non-consommée. Cette stimulation semble liée à un lessivage plus important des composés organiques solubles dans les fèces et ne se produit qu'à la surface du sol. En profondeur, où l'humidité du sol est plus favorable à la décomposition, la perte de masse des fèces augmente. Ce résultat suggère qu'en facilitant l'enfouissement de la matière organique dans le sol, les détritivores peuvent accélérer la décomposition.Dans une seconde partie, j'ai cherché à évaluer l'importance de la diversité fonctionnelle des litières et des détritivores pour le processus de décomposition. Grâce à une approche basée sur les traits, des assemblages d'espèces représentant un fort gradient de dissimilarité fonctionnelle mais ayant une richesse spécifique constante, ont été créés pour étudier la réponse de la relation diversité-fonction à la sécheresse. Les résultats de cette expérience menée à l'Ecotron de Montpellier, montrent que la dissimilarité fonctionnelle des litières et des détritivores explique jusqu'à 20% de la variation observée dans plusieurs processus clefs du fonctionnement du sol, tels que la perte de masse des litières et le lessivage du carbone et de l'azote dans le sol superficiel. Toutefois, les effets de l'identité des espèces présentes aux deux niveaux trophiques restent plus importants que ceux de la dissimilarité fonctionnelle. Bien que la sécheresse influence fortement les processus étudiés, les relations diversité-fonction ne sont pas modifiées par un changement de la disponibilité en eau. Cependant, les assemblages d'espèces les plus performants en conditions d'humidité favorables sont aussi les plus fortement affectés par la sécheresse, ce qui suggère qu'il existe un compromis entre l'efficacité des organismes du sol et leur capacité à résister à une perturbation. / Water availability is a major limiting factor for the functioning of Mediterranean ecosystems. More pronounced drought could severely impact soil fauna activity and diversity that could in turn affect litter decomposition and nutrient cycling. In my PhD thesis I investigated experimentally the interactions between changing water availability and detritivorous macrofauna on decomposition and associated processes in a “garrigue”, a typical Mediterranean woody shrub dominated ecosystem.In the first part of my thesis, I studied the impact of Ommatoiulus sabulosus, an abundant diplopod species in garrigue ecosystems, on shrub litter decomposition. During a one month experiment, I studied the direct (litter consumption) and indirect (microbial activity in feces) effects of this detritivore on litter mass loss and microbial communities under two contrasted moisture levels. In a different experiment, I placed litterbags filled with litter or feces in the field at the soil surface or at 5cm soil depth during one year in order to study the long term impact of Ommatoiulus on decomposition. A key result was that detritivores maintain litter consumption in dry conditions when microbial driven decomposition drastically dropped. However, this detritivore effect do not lead to an overall increased organic matter mineralization irrespective of moisture conditions, at least in the short term. In contrast, under field conditions and over a longer time period, Ommatoiulus increases decomposition of certain species such as Quercus coccifera, since feces from this species decomposes faster than un-ingested litter after one year at the soil surface. This stimulation is likely due to a higher leaching of soluble compound in feces. Moreover, in depth feces decomposition increases relative to that of intact leaf litter, possibly indicating that more favorable soil humidity is more favorable to decomposition. Collectively, my results suggest that detritivores can strongly increase decomposition by transforming leaf litter into feces of different organic matter quality, and by facilitating the transfer of organic matter into the soil.In the second part, I evaluated the importance of functional dissimilarity of leaf litter and detritivores on decomposition processes. Using a trait based approach, species assemblages were constructed in order to obtain a gradient of functional dissimilarity of both, leaf litter and detritivore communities, while keeping species numbers constant. The different communities were kept under controlled conditions at the European Ecotron in Montpellier to study the effect of changing functional dissimilarity on process rates at two different moisture conditions. I found that detritivore and litter functional dissimilarity explain up to 20 % of the observed variation for several key soil processes including litter mass loss and the leaching of dissolved organic carbon and nitrogen from top soil. However, effects of species identity at both trophic levels have a larger impact on process rates than functional dissimilarity. In general, drought strongly affects soil processes but does not alter the diversity-function relationship. Species assemblages resulting in highest process rates at favorable moisture level are also the most negatively affected by drought, suggesting a tradeoff between the efficiency of soil organisms and their ability to resist perturbation.

Le neurofeedback (NF) est une technique consistant à renvoyer à un individu des informations sur son activité cérébrale en temps réel, lui permettant ainsi d'apprendre à mieux en contrôler certains aspects pour la réorganiser de manière durable. Des effets spécifiques sur les fonctions émotionnelles, cognitives ou comportementales du sujet sont supposés accompagner l'entraînement par NF, ce qui fait du NF une technique prometteuse pour la rééducation du cerveau de patients souffrant de troubles neurologiques ou psychiatriques et pour l'optimisation de la performance chez les sujets sains. Le NF a été étudié comme outil de rééducation cérébrale dans un grand nombre de troubles neurologiques et psychiatriques. Pourtant, son déploiement au sein de l'arsenal thérapeutique est restreint par le manque de preuves concluantes sur sa réelle efficacité. Les limitations inhérentes aux modalités de mesures de l'activité cérébrale pourraient être une des raisons à l'origine de cette efficacité débattue. En effet, la plupart des approches de NF reposent sur l'exploitation d'un seul type de modalité, l'EEG et l'IRMf étant les plus répandues. Alors que l'EEG est peu coûteux et bénéficie d'une haute résolution temporelle (milliseconde), sa résolution spatiale (quelques centimètres) est limitée par la conduction volumique de la tête et le nombre d'électrodes employées. De plus, la localisation de sources à partir de l'EEG est imprécise du fait qu'elle constitue un problème inverse mal posé. De manière complémentaire, l'IRMf rend possible l'auto-régulation de régions cérébrales spécifiques avec une haute résolution spatiale (millimètres) mais pâtit d'une faible résolution temporelle (seconde). La combinaison de l'EEG et de l'IRMf s'est révélée fructueuse dans l'étude des fonctions cérébrales chez l'homme, pourtant elle a rarement été exploitée pour des applications de NF. Dans le cadre du NF, elle permet d'évaluer et de valider différents paradigmes de manière transmodale. Mais surtout, elle ouvre un champ de possibilités pour le développement de nouvelles approches de NF qui mélangeraient les deux modalités, soit à l'étape de calibration soit pour produire un signal de NF bimodal. La combinaison de l'EEG et de l'IRMf pose de nombreux défis relatifs à la physiologie, au design expérimental, à la qualité des données, ainsi qu'à leur analyse/intégration et leur interprétation. Ces défis sont d'autant plus grands si l'EEG et l'IRMf sont destinés à être utilisés simultanément pour le calcul du signal de NF, du fait de la contrainte de temps-réel et de la difficulté de définir des tâches expérimentales compatibles avec les natures divergentes de l'EEG et de l'IRMf. La partie théorique de cette thèse vise à identifier les aspects méthodologiques qui diffèrent entre le NF-EEG et le NF-IRMf ainsi qu'à examiner les motivations et les stratégies pour combiner l'EEG et l'IRMf dans le cadre du NF. Parmi ces différentes stratégies de combinaison, nous avons choisi de nous focaliser sur le NF-EEG-IRMf bimodal car il apparaît comme une approche prometteuse et n'a quasiment pas été étudié. La faisabilité de cette approche a récemment été démontrée, faisant ainsi place à un tout nouveau champ d'investigation. Cette thèse vise à répondre aux questions suivantes : quelle est la valeur ajoutée du NF bimodal par rapport au NF unimodal ; existe-t-il des mécanismes spécifiques engagés lorsqu'un individu apprend à contrôler deux signaux de NF ; comment intégrer l'EEG et l'IRMf pour produire un seul feedback ? La partie expérimentale de cette thèse se focalise donc sur le développement et l'évaluation de méthodes de NF-EEG-IRMf. Afin de conduire des expériences de NF bimodal, nous commençons par mettre en place une plateforme EEG-IRMf temps-réel. Ensuite, dans une première étude, nous comparons les effets du NF-EEG-IRMF, du NF-EEG et du NF-IRMf. Enfin, dans une seconde étude nous proposons et évaluons deux types de feedbacks intégrés pour le NF-EEG-IRMf. / NF is the process of feeding back real-time information to an individual about his/her ongoing brain activity, so that he/she can train to self-regulate neural substrates of specific behavioral functions. NF has been extensively studied for brain rehabilitation of patients with psychiatric and neurological disorders. However its effective deployment in the clinical armamentarium is being held back by the lack of evidence about its efficacy. One of the possible reason for the debated efficacy of current approaches could be the inherent limitations of single imaging modalities. Indeed, most NF approaches rely on the use of a single modality, EEG and fMRI being the two most widely used. While EEG is inexpensive and benefits from a high temporal resolution (millisecond), its spatial resolution (centimeters) is limited by volume conduction of the head and the number of electrodes. Also source localization from EEG is inaccurate because of the ill-posed inverse problem. In a complementary way, fMRI gives access to the self-regulation of specific brain regions at high spatial resolution (millimeter) but has low temporal resolution (second). Combined EEG-fMRI has proven much valuable for the study of human brain function, however it has rarely been exploited for NF purpose. In the context of NF, combining EEG and fMRI enables cross-modal paradigm evaluation and validation. But more interestingly it opens up avenues for the development of new NF approaches that would mix both modalities, either at the calibration phase or to provide a bimodal NF signal. Combined EEG-fMRI poses numerous challenges with regard to basic physiology, study design, data quality, analysis/integration and interpretation. These challenges are even greater if EEG and fMRI are both to be used simultaneously for online NF computation, because of the real-time constraint and the difficulty to find a task design compatible with EEG and fMRI' diverging natures. The theoretical part of this PhD dissertation aims at identifying methodological aspects that differ between EEG-NF and fMRI-NF and at examining the motivations and strategies for combining EEG and fMRI for NF purpose. Among these combination strategies, we choose to focus on bimodal EEG-fMRI-NF as it seems to be one of the most promising approach and is mostly unexplored. The feasibility of this approach was recently demonstrated and opened an entire new field of investigation. First and foremost, we would like to address the following questions: what is the added value of bimodal NF over unimodal NF; are there any specific mechanisms involved when learning to control two NF signals simultaneously; how to integrate EEG and fMRI to derive a single feedback ? The experimental part of this PhD dissertation therefore focuses on the development and evaluation of methods for bimodal EEG-fMRI-NF. In order to conduct bimodal NF experiments, we start by building up a real-time EEG-fMRI platform. Then in a first study, we compare for the first time bimodal EEG-fMRI-NF with unimodal EEG-NF and fMRI-NF. Eventually, in a second study, we introduce and evaluate two integrated feedback strategies for EEG-fMRI-NF.

La thèse contribue à une meilleure connaissance du processus d’éco-conception de produits, notamment dans la prise en compte de considérations environnementales en amont du processus de conception. Centrée sur la phase conceptuelle, la motivation principale de ce travail est d’intervenir là où les décisions du concepteur ont une grande influence environnementale. En effet, un grand nombre d’auteurs convient que les premières étapes du processus de conception peuvent efficacement prévenir jusqu’à 80% des impacts environnementaux. Cependant, il existe un grand nombre d’obstacles qui empêchent l’intégration de considérations environnementales, surtout s’il s’agit d’un nouveau produit. Notre problématique a mis en évidence ces obstacles à travers deux types de verrous. En premier lieu, des verrous méthodologiques rencontrés principalement lors de la phase conceptuelle. En deuxième lieu, des verrous opérationnels liés au manque de connaissances environnementales du concepteur. En réponse à ces verrous nous proposons la création de liens entre l’analyse de cycle de vie (ACV) et l’analyse fonctionnelle (AF). Ces liens donnent lieu à un processus collaboratif d’éco-conception qui est en partie supporté par la méthode EcoAF spécialement développée à cet effet. La méthode intègre le concept de cycle de vie de l’ACV lors de la réalisation de l’AF, permettant ainsi de guider le concepteur vers l’intégration de considérations environnementales pour la création d’un produit avec un rendement environnemental équilibré sur l’ensemble du cycle de vie / The thesis contributes to a better understanding of the eco-design process of products, especially in the integration of environmental considerations in the early phases of the design process. Focused on the conceptual phase, the main motivation of this work is to intervene when the decisions of the designer have the greatest environmental influence. Indeed, many authors agree that the early stages of the design process can prevent up to 80% of environmental impacts. However, there are also many obstacles to the integration of environmental considerations, especially for a new product. The obstacles are highlighted through two types of locks. First, methodological locks encountered mainly at the conceptual stage. Secondly, operational locks are related with the lack of environmental knowledge of the designer. To solve the problems, we propose the creation of links between the life-cycle assessment (LCA), method that includes environmental knowledge, and functional analysis (FA), method well known by the designer early in the design process. These links have resulted in a collaborative eco-design process that is partly supported by the creation of the EcoAF method. Eco AF integrates life cycle concept of LCA when performing AF. It makes it possible to guide the designer in the integration of environmental considerations in creating a product with a balanced environmental performance throughout the life cycle

Arabidopsis thaliana, s’est adaptée à la variété des niveaux de Pi dans le sol en développant 9transporteurs de phosphates, membres de la famille PHT1, intervenant dans l’acquisition de cet ionpar les racines et sa translocation. Ces protéines révèlent une très forte homologie de séquence entre elles (plus que 61%). La présence de certains transporteurs de type PHT1 dans différents types d’organes ainsi que le chevauchement fréquent entre les divers membres de la famille PHT1 témoigne de la complexité de leurs rôles. De plus, leur redondance génétique et fonctionnelle empêche l’analyse de leur rôle spécifique. En vue de s’affranchir de ces obstacles, notre approche combine plusieurs stratégies génétiques avec l’insertion d’une construction RNAi inactivant plusieurs membres de la famille PHT1 et en particulier le cluster localisé sur le chromosome 5 (PHT1;1/1;2/1;3). Ces outils génétiques ont révélé aussi le fonctionnement des protéines PHT1 à la fois en tant que transporteurs à basse et à haute affinité, ce qui suggère que leur activité est contrôlée au niveau post-traductionnel. En cas de carence en Pi, ces lignées affichent des modifications physiologiques (biomasse, rendement,…) dues à une forte réduction affectant l’activité de l’influx en phosphate (80 à 96%). Ce travail suggère que la redondance génétique et les mécanismes de compensations pourraient protéger la plante de l’inactivation de PHT1. Il a aussi révélé que la perception systémique du Pi est déclenchée par des mécanismes en aval de l’activité des PHT1. / Arabidopsis thaliana absorb inorganic phosphate (Pi) from the soil through an active transport process mediated by the 9 members of the PHT1 family. These proteins share a high level of similarity (greater than 61%), with overlapping expression patterns. The resulting genetic and functional redundancy prevents the analysis of their specific roles. To overcome this difficulty, our approach combined several mutations with gene silencing to inactivate multiple members of the PHT1 family, including a cluster of genes localized on chromosome 5 (PHT1;1, PHT1;2 and PHT1;3). Physiological analyses of these lines established that these three genes, along with PHT1;4, are the main contributors to Pi uptake. Furthermore, PHT1;1 plays an important role in translocation from roots to leaves in high phosphate conditions. These genetic tools also revealed that some PHT1 transporters likely exhibit a dual affinity for phosphate, suggesting that their activity is posttranslationally controlled. These lines display significant phosphate deficiency-related phenotypes (e.g. biomass and yield) due to a massive (80 to 96%) reduction in phosphate uptake activities. These defects limited the amount of internal Pi pool, inducing compensatory mechanisms triggered by the systemic Pi starvation response. Such reactions have been uncoupled from PHT1 activity suggesting that systemic Pi sensing is most probably acting downstream of PHT1.