Dans un modèle qui peut s'avérer complexe et fortement non linéaire, les paramètres d'entrée, parfois en très grand nombre, peuvent être à l'origine d'une importante variabilité de la sortie. L'analyse de sensibilité globale est une approche stochastique permettant de repérer les principales sources d'incertitude du modèle, c'est-à-dire d'identifier et de hiérarchiser les variables d'entrée les plus influentes. De cette manière, il est possible de réduire la dimension d'un problème, et de diminuer l'incertitude des entrées. Les indices de Sobol, dont la construction repose sur une décomposition de la variance globale du modèle, sont des mesures très fréquemment utilisées pour atteindre de tels objectifs. Néanmoins, ces indices se basent sur la décomposition fonctionnelle de la sortie, aussi connue soue le nom de décomposition de Hoeffding. Mais cette décomposition n'est unique que si les variables d'entrée sont supposées indépendantes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'extension des indices de Sobol pour des modèles à variables d'entrée dépendantes. Dans un premier temps, nous proposons une généralisation de la décomposition de Hoeffding au cas où la forme de la distribution des entrées est plus générale qu'une distribution produit. De cette décomposition généralisée aux contraintes d'orthogonalité spécifiques, il en découle la construction d'indices de sensibilité généralisés capable de mesurer la variabilité d'un ou plusieurs facteurs corrélés dans le modèle. Dans un second temps, nous proposons deux méthodes d'estimation de ces indices. La première est adaptée à des modèles à entrées dépendantes par paires. Elle repose sur la résolution numérique d'un système linéaire fonctionnel qui met en jeu des opérateurs de projection. La seconde méthode, qui peut s'appliquer à des modèles beaucoup plus généraux, repose sur la construction récursive d'un système de fonctions qui satisfont les contraintes d'orthogonalité liées à la décomposition généralisée. En parallèle, nous mettons en pratique ces différentes méthodes sur différents cas tests. / A mathematical model aims at characterizing a complex system or process that is too expensive to experiment. However, in this model, often strongly non linear, input parameters can be affected by a large uncertainty including errors of measurement of lack of information. Global sensitivity analysis is a stochastic approach whose objective is to identify and to rank the input variables that drive the uncertainty of the model output. Through this analysis, it is then possible to reduce the model dimension and the variation in the output of the model. To reach this objective, the Sobol indices are commonly used. Based on the functional ANOVA decomposition of the output, also called Hoeffding decomposition, they stand on the assumption that the incomes are independent. Our contribution is on the extension of Sobol indices for models with non independent inputs. In one hand, we propose a generalized functional decomposition, where its components is subject to specific orthogonal constraints. This decomposition leads to the definition of generalized sensitivity indices able to quantify the dependent inputs' contribution to the model variability. On the other hand, we propose two numerical methods to estimate these constructed indices. The first one is well-fitted to models with independent pairs of dependent input variables. The method is performed by solving linear system involving suitable projection operators. The second method can be applied to more general models. It relies on the recursive construction of functional systems satisfying the orthogonality properties of summands of the generalized decomposition. In parallel, we illustrate the two methods on numerical examples to test the efficiency of the techniques.

Les stratégies alimentaires peuvent être définies comme la mise en place d'ensembles cohérents de réponses morphologiques, physiologiques, écologiques ou comportementales permettant d’optimiser le succès alimentaire d’une espèce. Le présent travail s'est proposé d'aller au-delà de la simple analyse taxonomique des régimes alimentaires en utilisant les caractéristiques des proies pour explorer certains aspects des stratégies alimentaires et de l’énergétique de la prédation chez les mammifères marins de l’atlantique nord-est. L'objectif majeur était de contribuer à une meilleure compréhension du "pourquoi une proie est une proie ?" La valeur énergétique des proies est apparue comme un élément central des stratégies de prédation. Il en résulte que des coûts d'existence importants chez les mammifères marins doivent être soutenus par une alimentation de qualité élevée et ne peuvent pas être satisfaits simplement par une plus grande quantité de proies de qualité moyenne ou faible. Les résultats obtenus lors de cette thèse ont ainsi permis de progresser de la description des régimes alimentaires vers la compréhension de certaines relations fonctionnelles entre proies et prédateurs. Ainsi, les traits descriptifs de la qualité des proies, comme la teneur en lipides et la valeur énergétique, et les traits descriptifs des coûts d’existence des mammifères marins, comme l’indice mitochondrial et la teneur en lipides des muscles, sont significativement corrélés. Enfin, ce travail souligne que pour comprendre l'écologie alimentaire d'un prédateur, il faut surtout bien connaitre les caractéristiques de ses proies. / Foraging strategies can be defined as the establishment of a consistent set of morphological, physiological, ecological and behavioural responses allowing the optimization of foraging success. Beyond the simple description of the diet, the present work attempted to explore some aspects of foraging strategies and of the energetic of predation among northeast Atlantic marine mammals. The main goal of the study was to contribute to a better understanding of "why a prey is a prey?" Prey energy density appeared to be a key point of predation strategies. Hence, marine mammal species with high existence costs would need high quality prey items, and cannot fulfil their energy requirement just by ingesting more prey items of low to medium quality. The results of this thesis permitted to progress from a taxonomic description of marine mammal diets to the identification of functional relationships between prey and predators. Hence, traits of prey quality such as lipid content or energy density, and traits of predator cost of existence such as muscle mitochondrial density or muscle lipid content, were significantly correlated. Finally, this work underlines that in order to understand the foraging ecology of a predator, its prey characteristics have to be known.

La mise en place de réseaux écologiques est considérée comme l'un des moyens de pallier aux effets néfastes de la fragmentation sur la biodiversité. Dans les paysages agricoles, les éléments linéaires non cultivés peuvent constituer de larges réseaux, et jouer un rôle d'habitat-refuge et/ou de corridor de dispersion pour les espèces végétales. L'objectif de cette thèse est de comprendre quel rôle un réseau dense de fossés de drainage peut jouer dans le maintien et la dispersion d'espèces végétales dans un paysage agricole intensif du nord de la France. Nous avons également cherché à savoir dans quelle mesure les caractéristiques du paysage, la connectivité du réseau et les traits d'histoire de vie des espèces végétales impactent la dispersion des propagules au sein du réseau de fossés. Nos résultats montrent que les fossés jouent bien un rôle de corridor écologique pour les espèces végétales. En ciblant plus précisément les espèces hydrochores, nous avons démontré qu'elles dépendaient essentiellement de la composition et de la connectivité du réseau de fossés et des éléments immédiatement adjacents aux berges. Le réseau détermine également la structuration des flux de gènes chez deux espèces végétales de berges de fossés. Enfin, nos résultats montrent que la réponse des espèces à un gradient de connectivité du réseau dépend d'une combinaison de traits de dispersion, et qu'une diminution de cette connectivité entraîne une convergence fonctionnelle de ces traits à l'échelle de la métacommunauté. L'ensemble de ces résultats permet de mieux comprendre le rôle de corridor des fossés pour les espèces végétales, afin de permettre leur intégration au sein des projets de continuités écologiques dans les paysages agricoles. / The establishment of ecological networks is considered as one of the solutions to mitigate the negative effects of fragmentation on biodiversity. In agricultural landscapes, non-crop linear elements may form large networks, and constitute refuge habitats and/or dispersal corridors for plant species. The objective of this study is to understand which role may a dense drainage ditch network play for the maintenance and dispersal of plant species in an intensive agricultural landscape located in northern France. In addition, we also investigated the impact of landscape characteristics, network connectivity and plant species life-history traits on propagule dispersal within the ditch network. Our results indicate that ditches are indeed ecological corridors for plant species. By focusing more specifically on hydrochorous species, we demonstrated that they essentially depend on ditch network composition and connectivity and on elements immediately adjacent to the banks. The network also drives patterns of gene flow for two ditch bank plant species. Finally, our results also indicate that species’ response to ditch network connectivity depends on a combination of dispersal traits, and that connectivity reduction leads to functional convergence of those traits at the metacommunity scale. Together, these results provide a better understanding of the corridor role of ditches for plant species, in order to include these features into ecological network planning in agricultural landscapes.

Pour analyser les améliorations des propriétés électroniques des matériaux carbonés, une approche par la théorie de la fonctionnelle de la densité appuyée par la spectroscopie Raman a été utilisée. Le cœur de ce travail est l’étude du dopage dans le but d’ouvrir de nouvelles voies pour la conception de matériaux à nanocomposants innovants. Ces nouvelles structures sont des fibres dont la brique élémentaire est un nanotube de carbone ou des polymères chargés en nanocarbone avec des molécules optimisant la conduction électrique. Une brève introduction est présentée sur les espèces non-covalentes, conduisant aux meilleurs résultats reportés dans la littérature, à savoir : le potassium, l’iode et les super acides. Les composés d’intercalation du graphite par des atomes de potassium sont analysés en premier. Le fort transfert de charge de l’alcalin influence directement les propriétés optiques du graphène conduisant à une signature Raman singulière avec un changement de forme lorsque l’énergie d’excitation est le double du déplacement du niveau de Fermi dû au dopage. Ensuite, une étude théorique exhaustive du dopage à l’iode est réalisée sur une monocouche de graphène. L’analyse des propriétés thermodynamiques montre qu’une augmentation progressive du taux de recouvrement des molécules engendre d’abord une transition de phase du mode d’adsorption de l’iode et se termine par la formation de complexes polyiodure. Ces complexes, via un fort transfert d’électrons, conduisent à l’augmentation de la densité d’états électronique au niveau de Fermi. Cette étude est étendue aux nanotubes de carbone, où un transfert de charge très important est obtenu après interaction soit avec des molécules d’acide chlorosulfonique par réaction d’oxydo-réduction, soit avec des molécules d’iode. Lors de la circulation d’un fort courant électrique dans ces fibres, l’effet Joule produit une désorption des dopants et réduit la conductivité électrique. Ce phénomène s’explique par le nombre de canaux de conduction disponibles déduit des signatures Raman combinée à des calculs de transport électronique. Les températures locale et moyenne sont extraites des données Raman et de transport respectivement. Ce travail constitue un ensemble cohérent de résultats pouvant servir de base pour améliorer les propriétés de transport. / To analyze the improvements in electronic properties of carbon-based materials, an approach based on the density functional theory supported by Raman spectroscopy was used. The heart of this work is the study of doping in order to open up new paths for the design of innovative materials from nanodevices. These new structures are fibers whose the main component is a carbon nanotube or nanocarbon loaded polymers with molecules, optimizing electrical conduction. A brief introduction is presented on non-covalent species, leading to the best results reported in the literature, namely potassium, iodine and super acids. The graphite intercalation compounds by potassium atoms are analyzed first. The large charge transfer of the alkali directly influences the optical properties of graphene, resulting in a unique Raman signature with a shape change when the excitation energy is twice the shift of the Fermi level due to doping. Then, an exhaustive theoretical study of iodine doping is performed on a monolayer of graphene. Analysis of thermodynamic properties shows that a gradual increase in the recovery rate of the molecules, initially generates a phase transition of iodine adsorption mode, and ends with the formation of polyiodide complexes. These complexes, via a strong electron transfer, lead to the increase of the density of states at the Fermi level. This study is extended to carbon nanotubes, where a very large charge transfer is obtained after interacting either with chlorosulfonic acid molecules by redox reaction, or with iodine molecules. When there is a flow of a large electric current in these fibers, the Joule effect produces a desorption of dopants and reduces the electrical conductivity. This phenomenon is explained by the available number of conduction channels deducted from combined Raman signatures and electronic transport calculations. The local and average temperatures are extracted from Raman and transport data respectively. This work constitutes a coherent set of results as a basis for improving the transport properties.

Les pesticides sont des molécules utilisées en grandes quantités en France et dans le monde entier pour la protection des cultures. Lorsque ces substances sont répandues une grande quantit é rejoint les sols. Dans cette thèse, le devenir de pesticides dans le sol est étudié. Pour cela, trois pesticides ont été sélectionnés : l'atrazine, la métamitrone et le fenhexamide ; et une argile de type montmorillonite a été choisie. Les simulations menées lors de cette thèse emploient le formalisme de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT). La première partie de cette thèse porte sur l'étude statique de l'interaction de l'atrazine avec la pyrophyllite et la montmorillonite. Dans les chapitres suivants, la Dynamique Moléculaire Car-Parrinello en DFT est utilisée. L'étude débute par les pesticides seuls, métamitrone et fenhexamide, puis leurs complexes avec un ou deux cations Na+ et Ca2+. Ensuite, l'adsorption de ces entités, en présence ou non d'eau, sur une surface de montmorillonite, est envisagée à l'aide de calculs périodiques. Dans le second chapitre de ce travail, des résultats issus d'optimisations de géométries en phase gazeuse sont présentés. La troisième partie développe les résultats obtenus pour l'adsorption de la métamitrone et du fenhexamide sur le modèle d'argile choisi. Dans le dernier chapitre, certaines des structures les plus stables de chaque pesticide adsorbé sur la surface ont été solvatées et une étude de la désorption du fenhexamide de la surface de montmorillonite a été réalisée à l'aide de la méthode Umbrella Sampling. Ce travail a permis de quantifier théoriquement la barrière d'énergie libre à franchir pour désorber le fenhexamide de la montmorillonite hydratée. / Pesticides are widely employed molecules for crop protection in France and all over the world. When these substances are spread an important quantity reaches soils. In the present thesis, pesticide fate is under study. For this purpose, three pesticides have been selected: atrazine, metamitron and fenhexamid ; and the most abundant smectite clay type, montmorillonite, has been chosen. The computational simulations conducted in this thesis use the Density Functional Theory (DFT) formalism. The first part of this thesis treats a static study of atrazine interaction with pyrophyllite and montmorillonite. In the following chapters, Car-Parrinello Molecular Dynamics through DFT is used. This study begins with isolated pesticides, metamitron and fenhexamid, then their complexes with one or two Na+ and Ca2+. Finally, the adsorption of these entities, in the presence of water or not, onto a montmorillonite surface, is considered using periodic calculations. Within the second chapter of the present work, results from geometry optimisations in gas phase are presented. The third part develops the obtained results on the adsorption of metamitron and fenhexamid over the chosen clay model. In the last chapter of this thesis, some of the most stable structures of each adsorbed pesticide onto the surface have been solvated and a study of fenhexamid desorption from the montmorillonite surface using Umbrella Sampling has been done. This work allowed to quantify theoretically the free energy barrier to overcome to desorb fenhexamid from the hydrated montmorillonite.

Décider, c’est sélectionner une alternative parmi l’ensemble des options possibles en accord avec nos buts. Les décisions perceptuelles, correspondant à la sélection d’une action sur la base d’une perception, résultent de l’accumulation progressive d’information sensorielle jusqu’à un seuil de décision. Aux niveaux comportemental et cérébral, ce processus est bien capturé par les modèles de décision par échantillonnage séquentiel. L’étude neurobiologique des processus de décision, guidée par l’usage de modèles computationnels, a permis d’établir un lien clair entre cette accumulation d’information sensorielle et un réseau cortical incluant le sillon intra-pariétal et le cortex dorso-latéral préfrontal. L’architecture des réseaux biologiques impliqués dans la prise de décision, la nature des algorithmes qu’ils implémentent et surtout, l’étude des relations entre structure biologique et computation est au cœur des questionnements actuels en neurosciences cognitives et constitue le fil conducteur de cette thèse. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux mécanismes neuraux et computationnels permettant l’ajustement du processus de décision perceptuelle à son contexte. Nous avons montré que l’information a priori disponible pour prédire nos choix diminue la distance au seuil de décision, régulant ainsi dynamiquement la quantité d’information sensorielle nécessaire pour sélectionner une action. Pendant la prise de décision perceptuelle, le cortex cingulaire antérieur ajuste le seuil de décision proportionnellement à la quantité d’information prédictive disponible et le cortex dorso-latéral préfrontal implémente l’accumulation progressive d’information sensorielle. Dans un deuxième temps, nous avons abordé la question de l’unicité, au travers des domaines cognitifs, des mécanismes neuro-computationnels implémentant la prise de décision. Nous avons montré qu’un modèle de décision par échantillonnage séquentiel utilisant la valeur subjective espérée de chaque option prédisait avec précision le comportement de sujets lors de choix économiques risqués. Pendant la décision, la portion médiale du cortex orbito-frontal code la différence entre les valeurs subjectives des options considérées, exprimées sur une échelle de valeur commune. Ce signal orbito-frontal médian sert d’entrée à un processus de décision par échantillonnage séquentiel implémenté dans le cortex dorso-latéral préfrontal. Pris ensemble, nos travaux précisent les contours d’une architecture fonctionnelle de la prise de décision dans le cortex préfrontal humain en établissant une cartographie des modules computationnels qu’il implémente, mais aussi en caractérisant la façon dont l’intégration fonctionnelle de ces régions cérébrales permet l’émergence de la capacité à prendre des décisions / Decision-making is the selection of an alternative according to our inner goals. Perceptual decisions, the selection of an action based on our perceptions, are made when sensory evidence accumulated over time reaches a decision threshold. This cognitive process is well accounted for by sequential sampling models of decision-making. Moreover, the model-driven neurobiological study of the decision-making process has linked the accumulation of sensory information with a parieto-prefrontal cortical network. The architecture of these cortical networks, the algorithms implemented and the mapping of elementary computations onto biological structures are the questions at the core of this thesis. First, we investigated the neural mechanisms underlying the contextual modulation of the decision-making process. We showed that predictive information on the forthcoming stimuli decreased the distance to the decision threshold, adjusting dynamically the amount of sensory information required to commit to a choice. In our study, the anterior cingulate cortex modulated the decision threshold in proportion to the amount of predictive information and the dorso-lateral prefrontal cortex accumulated sensory information. Then, we addressed the question of the unicity across cognitive domains of the neuro-computational mechanisms of decision-making. We showed that a sequential sampling model of decision-making using subjective values as its inputs precisely predicted Human economic decision-making behavior. Moreover, we showed that the medial part of the orbito-frontal cortex coded the difference between the subjective values of the options under scrutiny on a common scale. This orbito-frontal decision-related value signal drove the sequential sampling decision-making process implemented in the dorso-lateral prefrontal cortex. Taken together, our work delineates a functional architecture of Human decision-making by mapping elementary computations onto the human prefrontal cortex and by characterizing how the functional integration between these brain regions subserves the ability to make choices

ContexteAu cours de la maladie de Parkinson, les agonistes dopaminergiques sont associés à la survenue de troubles du contrôle des impulsions (TCI). Leur physiopathologie est supposée liée à une dérégulation du circuit dopaminergique méso-limbique, impliqué dans l’intégration des conséquences d’une action afin d’adapter les comportements ultérieurs. Les agonistes dopaminergiques, par la stimulation tonique qu’ils entrainent, conduiraient à une surestimation des conséquences positives des actions antérieures et la poursuite de comportements aux conséquences néfastes.Nous avons exploré (i) la connectivité fonctionnelle striato-corticale en IRM fonctionnelle de repos, (ii) des marqueurs électro-encéphalographiques (EEG) d’intégration du feedback au cours d’une tache de pari : feedback-related negativity (FRN), feedback-related positivity (FRP) et oscillations dans la bande de fréquence thêta (4-7 Hz) chez 20 patients parkinsoniens avec TCI actif, 19 patients parkinsoniens sans TCI et 19 contrôles sains.IRM fonctionnelle : Le striatum ventral, le noyau caudé dorsal, le putamen antérieur et postérieur étaient segmentés semi-automatiquement. Pour chaque région d’intérêt, une analyse de connectivité fonctionnelle était réalisée sur les données d’IRM fonctionnelle projetées sur la surface corticale.Approche neurophysiologique : les sujets réalisaient une tâche composée de paris répétés, couplée à un enregistrement EEG. Le signal EEG était moyenné pour chaque condition et pour chaque sujet. L’amplitude de la FRP était mesurée en Cz et l’amplitude de la FRN en Fz sur la courbe de différence entre les potentiels évoqués par les pertes et les potentiels évoqués par les gains. Les spectres de puissance ont été calculés en utilisant une transformation en ondelettes sinusoïdales de Morlet et moyennés par condition. La puissance maximale du signal, dans la bande de fréquence thêta, entre 200 et 500 millisecondes après l’affichage du feedback était mesurée.Analyse de la connectivité striato-corticale : Chez les patients parkinsoniens, l’existence d’un TCI était associée à une déconnexion fonctionnelle entre le putamen antérieur gauche et les gyrus cingulaire antérieur et temporal inférieur gauche. Il existait chez ces patients une tendance à une déconnexion fonctionnelle entre (i) le putamen antérieur gauche et le gyrus frontal inférieur, (ii) le putamen postérieur et les gyrus temporal inférieur, frontal supérieur, cingulaire postérieur et frontal médial à gauche, ainsi que les gyrus frontal médial, cingulaire et frontal moyen à droite, (iii), le noyau caudé dorsal et le gyrus rectus, le gyrus frontal moyen et le gyrus temporal inférieur à gauche.Potentiels évoqués : Chez les patients parkinsoniens sans TCI et chez les contrôles, mais pas chez les patients parkinsoniens avec TCI, la FRP était plus ample après les gains qu’après les pertes suite à un choix peu risqué.Analyse temps-fréquence : En Cz, les gains étaient associés à une augmentation plus importante de la puissance thêta que les pertes chez les patients parkinsoniens sans TCI et chez les contrôles, mais pas chez les patients parkinsoniens avec TCI. Il existait une augmentation de la puissance thêta après un résultat ample inattendu (boost), en Fz chez les contrôles et en FCz chez les parkinsoniens avec TCI, mais pas chez les patients parkinsoniens sans TCI.Il existe chez les patients parkinsoniens ayant un TCI une altération de marqueurs EEG d’intégration de la récompense compatible avec une moins bonne discrimination des gains et des pertes et une plus grande sensibilité aux résultats amples, inattendus (boost), supposés entrainer une activation importante des voies dopaminergiques méso-limbiques. Il semble donc bien exister, chez les patients ayant un TCI une dysfonction des mécanismes d’intégration du feedback. Cette dysfonction s’associe, au repos, à une altération de la connectivité striato-corticale qui va au-delà du seul système limbique. / BackgroundIn Parkinson’s disease, dopamine agonists are associated with an increased risk of impulse control disorders (ICD). Their occurrence is supposed to be related with a deregulation of the dopaminergic meso-limbic pathway, involved in the processing of the consequences of previous action to adapt future behaviors. Dopamine agonists, through a tonic stimulation of the dopamine receptors would lead to an overestimation of the positive consequences of actions, and therefore, continuation of a harmful behavior.Method:We investigated (i) the resting-state striato-cortical functional connectivity using functional MRI, and (ii) electro-encephalographic (EEG) markers of feedback processing during a gambling task : the feedback related negativity (FRN), the feedback related positivity, (FRP), and the theta band oscillations (4-7 Hz) in 20 Parkinson’s disease patients with an active ICD, 19 Parkinson’s disease patients without ICD, and 19 healthy subjects.Functional MRI: The ventral striatum, dorsal caudate, and anterior and posterior putamen were semi-automatically segmented. For each region of interest, a seed-based connectivity analysis was performed on preprocessed fMRI data mapped on the ipsilateral cortical surface.Neurophysiological approach: The subjects underwent an EEG while performing a gambling task. The EEG was averaged for each condition and each subject. The FRP amplitude was measured in Cz, and the FRN amplitude was measured in Fz on the difference wave between the potential evoked by losses and by gains. The power spectra were computed by using a sinusoidal Morlet wavelet transform and averaged by condition. The maximum power in the theta frequency band was computed for each participant and each condition.Results:Cortico-striatal connectivity analysis: The presence of an ICD in patients with PD was associated with functional disconnection between the left anterior putamen and both the left inferior temporal and anterior cingulate gyrus. ICD patients also displayed a trend toward a functional disconnection between (i) the left anterior putamen and the inferior frontal gyrus, (ii) the posterior putamen and the inferior temporal gyrus, superior frontal gyrus, posterior cingulate, and medial frontal gyrus on the left, as well as the medial frontal gyrus, middle frontal gyrus, and cingulate gyrus on the right, (iii) the dorsal caudate and the gyrus rectus and orbitofrontal cortex, and the middle frontal and inferior temporal gyrus on the left.Evoked potentials: In Parkinson’s disease patients without ICD and healthy controls, the FRP was greater after gains that after losses following a non-risky choice. There was no difference in FRP amplitude after losses and gains in Parkinson’s disease patients with ICD.Time-frequency analysis: At Cz, positive outcomes (gains) were associated with greater theta power than negative outcomes (losses) in Parkinson’s disease patients without ICD and in healthy controls, but not in Parkinson’s disease patients with ICD. There was an increase in theta power after unexpectedly high outcomes, at Fz in healthy controls and in FCz in Parkinson’s disease patients with ICD, whereas theta power was not modulated by the magnitude of the outcome in PD patients without ICDs.Conclusions:Parkinson’s disease patients with ICD have an alteration in EEG markers of reward in line with an altered discrimination of gains and losses and a greater sensitivity to unexpectedly high outcomes, supposed to lead to a significant activation in the dopaminergic meso-limbic pathways. These findings are in line with a dysfunction in reward processing in ICD in Parkinson’s disease. This dysfunction is associated, at rest, with an alteration in striato-cortical connectivity that goes beyond a pure dopaminergic meso-limbic dysfunction.

Le taxon du Pléistocène inférieur Paranthropus robustus, dont l'holotype est le spécimen TM 1517, a été défini en 1938 par le paléontologue R. Broom suite à la découverte d'éléments crâniens et postcrâniens sur le site de Kromdraai, Gauteng, en Afrique du Sud. Depuis, d'autres sites sud-africains ont contribué à l'extension de son hypodigme et fourni la preuve de sa contemporanéité à l'échelle macro-régionale avec des représentants des taxons Australopithecus et Homo. L'identification des hominines étant principalement basée sur l'analyse de la variation morphologique des éléments cranio-dentaires, un enjeu majeur dans l'étude des assemblages fossiles des sites sud-africains concerne donc l'identification et l'attribution taxinomique de restes isolés et/ou fragmentaires du squelette axial et appendiculaire non associés à des éléments cranio-dentaires. Il en résulte que plusieurs aspects fonctionnels et paléobiologiques du squelette postcrânien de P. robustus restent à préciser. Au moyen de la microtomographie à rayons X, de l'imagerie virtuelle et d'analyses quantitatives en deux-trois dimensions, nous avons entrepris un projet de recherche visant à explorer, extraire et les patrons d'organisation endostructurale de spécimens fossiles communément, ou préliminairement, attribués à P. robustus. Sur une base comparative, nous visons à (i) identifier quelques caractéristiques osseuses endostructurales propres à ce taxon, qui pourraient fournir un cadre de référence pour l'attribution de spécimens fossiles isolés; (ii) déconstruire l'environnement biomécanique ayant façonné l'arrangement de l'os cortical et trabéculaire au niveau des articulations du coude, de la hanche et du genou; (iii) évaluer le degré de variation et, dans la mesure du possible, les différences liées au sexe et à l'âge. L'échantillon étudié comprend quatre huméri distaux (TM 1517g, SK 24600, SKX 10924, SKX 34805), cinq fémurs proximaux (SK 82, SK 97, SK 3121, SKW 19, SWT1/LB-2), une patella (SKX 1084), des éléments additionnels échantillonnant l'assemblage TM 1517 (l'ulna proximale TM 1517e, la phalange distale d'hallux TM 1517k) et deux ilia (TM 1605, SK 50) provenant des sites de Kromdraai et Swartkrans. [...] / The Early Pleistocene taxon Paranthropus robustus, represented by the holotype TM 1517, was established in 1938 by the paleontologist R. Broom following the discovery of craniodental and postcranial remains at the cave site of Kromdraai, in Gauteng, South Africa. Since, other Southern African sites have contributed to the extension of its hypodigm, providing evidence for its chronological overlap in the macro-region with representatives of the taxa Australopithecus and Homo. As species identification in the hominin fossil record is commonly based on the comparative assessment of craniodental anatomy and morphological variation, the rarity in the hominin-bearing South African cave assemblages of unambiguously associated craniodental and postcranial remains usually complicates the task of identifying isolated and fragmentary elements from the axial and the appendicular skeleton. Consequently, different functionally- and paleobiologically-related aspects of the P. robustus postcranial skeleton remain poorly known. By means of techniques of high resolution X-ray micro-tomography and virtual imaging coupled with two-three-dimensional quantitative analyses, in this research project we explored, extracted and assessed the patterns of endostructural organisation in some fossil specimens commonly, or tentatively, attributed to P. robustus. On comparative ground, we aim at (i) identifying some endostructural bony features characteristic of this taxon, if any, thus tentatively providing a reference framework for the attribution of isolated fossil specimens; (ii) deconstructing the biomechanical (loading) environment having shaped the cortical and cancellous bone arrangement at the elbow, the hip, and the knee joints; (iii) assessing variation and, whenever possible, sex- and age-related differences. The investigated sample consists of four distal humeri (TM 1517g, SK 24600, SKX 10924, SKX 34805), five proximal femora (SK 82, SK 97, SK 3121, SKW 19, SWT1/LB-2), a patella (SKX 1084), some additional elements from the assemblage labelled TM 1517 (the proximal ulna TM 1517e, the distal hallucial phalanx TM 1517k), and two ilia (TM 1605, SK 50) from the sites of Kromdraai and Swartkrans. [...]

Le potentiel des nanoparticules d'or (AuNPs) pour améliorer l’efficacité de la radiothérapie est démontré par de nombreuses études expérimentales in vivo et in vitro. Ces particules métalliques augmentent significativement l’effet de la radiosensibilisation. La réaction en jeu est la radiolyse de l’eau: une fois excitées par un rayon X, elles génèrent des espèces réactives oxygénées qui amplifient les dégâts d’ADN et mènent à une plus grande destruction des cellules cancéreuses. Cependant, pour une efficacité thérapeutique plus optimale, plusieurs propriétés des AuNPs doivent être prises en compte lors de la synthèse comme leur taille, leur forme et leur surface qui sont suspectibles d’influencer ses effets catalytiques dans l’environnement biologique (majoritairement de liquide d’eau). Ces aspects structuraux ne sont pas encore examinés dans l’état de l’art, ni expérimentalement ni théoriquement. Ce travail de thèse a pour but de rationaliser la stabilité de AuNPs dans un environnement chimique ou biologique avant l’irradiation par des outils de modélisation théorique. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la stabilité des AuNPs dans la gamme de 1- 3.4 nm. Nous étudions ensuite le comportement de ces nanoparticules dans un environnement biologique (hydratation) et chimique modèle (PEGylation), et la combinaison des deux environnements. Quand les nanoclusters de 0.9-1.8 nm sont en interaction avec une couche de molécules d’eau à saturation, nous avons montré qu’il y a une transformation de NPs métastables (dans le vide) telles que l'ino-décaèdre en NPs métastables plus favorables telles que l'icosaèdre. Alors qu’en présence d’une couche de ligands PEG, la liaison forte Au-S et les liaisons hydrogène entre les ligands entraînent une déformation significative de la morphologie de la nanoparticule, à savoir une stellation du décaèdre Au54. Par ailleurs, nous avons montré que les ligands PEG promeuvent le confinement de quelques molécules d’eau à proximité des AuNPs. Nos conclusions ouvrent des perspectives intéressantes pour la modélisation théorique de la radiolyse de l’eau. Parallèlement à ces études, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de différents types de lésions d’ADN. Deux projets ont été menés: premièrement, nous démontrons l’interaction d’un peptide trilysine avec un oligonucléotide qui pourrait conduire à la formation de pontage d’ADN-polyamine. Ensuite, le deuxième projet porte sur la rationalisation de différents taux de réparation de dimères de cyclobutanemathide iochella pyrimidine en présence de l’enzyme de reconnaissance DDB2 à l’échelle atomique. / The potential of gold nanoparticles (AuNPs) to improve the performance of radiotherapy is demonstrated by numerous in vivo and in vitro experimental studies. These metallic particles increase significantly the radiosensitization effect. Upon water radiolysis, AuNPs generate reactive oxygen species that amplify DNA damage and lead to a greater destruction of cancerous cells. Nevertheless, for a more optimal therapeutic efficacy, several properties of AuNPs must be taken into account during the synthesis, such as their size, shape and surface which can tune their catalytic effects in the biological environment (mainly liquid water). These structural aspects are not yet examined in the state-of-the-art, either experimentally or theoretically. This thesis aims to rationalize the stability of AuNPs in the presence of chemical or biological environment before irradiation by using theoretical approaches. Firstly, we have modeled the stability of AuNPs in the range 1- 3.4 nm. We have then studied the behavior of these nanoparticles in a biological (hydration) and chemical (PEGylation) model environment, and the combination of the two environments. When 0.9-1.8 nm nanoclusters interact with a complete shell of water molecules, we have shown that metastable ino-decahedrons (in vacuum) are transformed into more favourable metastable icosahedrons. While in the presence of monoshell of PEG ligands, the strong Au-S bond and the hydrogen bonds between the ligands induce a significant deformation on the nanoparticle morphology, i.e. stellation of the Au54 decahedron. In addition, we have shown that PEG ligands promote the confinement of a few water molecules in the vicinity of AuNPs. Our conclusions open interesting perspectives for the theoretical modeling of water radiolysis. In parallel with these studies, we have focused on the characterization of different types of DNA lesions. Two projects have been performed: firstly, we have studied the interaction of a trilysine peptide with an oligonucleotide which could lead to the formation of DNA-polyamine cross link. Then, the second project focuses on rationalizing different repair rates of cyclobutane pyrimidine dimers in the presence of the DDB2 recognition enzyme at the atomic scale.

Malgré l'importance reconnue des forêts tropicales humides dans la régulation du climat et du cycle global du carbone, la biogéochimie des forêts tropicales reste moins bien appréhendée que celle d'autres biomes. En particulier, il existe encore de larges incertitudes quant aux limitations nutritives des processus ou encore sur le rôle de la diversité pour les fonctions écosystémiques. La diversité spécifique élevée des arbres de forêt amazonienne se traduit localement par une forte hétérogénéité de la qualité des apports de litière foliaire, ces apports constituant une ressource primordiale d'énergie et de nutriments pour les organismes saprophages. Cependant les conséquences d'une telle hétérogénéité des litières pour le fonctionnement souterrain sont encore peu connues dans ce milieu. L'objectif de cette thèse est d'établir une compréhension mécaniste des effets de la qualité des apports de litière ainsi que du rôle de leur diversité sur la décomposition. J'ai combiné des fertilisations factorielles de carbone (C), d'azote (N) et de phosphore (P) à l'utilisation d'une large gamme de stœchiométrie C : N : P des litières (issues de différentes espèces d'arbres) en forêt tropicale de Guyane française et en laboratoire pour évaluer la nature et l'étendue des contraintes énergétiques et nutritives imposées par la qualité des litières sur les activités des décomposeurs. Bien que la perte en masse des litières dans ce système d'étude apparait largement expliquée par la qualité des différentes formes de C des litières, suggérant un fort contrôle de la disponibilité en énergie sur la décomposition, les ajouts externes de C n'ont pas permis de mettre en évidence cette apparente contrainte énergétique. Cependant, je montre que la décomposition des litières tropicales est limitée conjointement par N et P, et que l'amplitude de cette co-limitation est fortement reliée à la disponibilité en P des litières ainsi qu'à leur stœchiométrie N : P. Ainsi, même si le P apparaît plus profondément limitant dans ce système (en accord avec l'hypothèse généralement admise d'un fort déficit en P en forêt tropicale humide), l'accès à l'N foliaire semble également contraindre la décomposition. Je mets également en évidence des effets de diversité des mélanges de litières, pour la plupart synergiques (les taux de décomposition observés des mélanges étaient généralement plus élevés que ceux prédits à partir des taux de décomposition des espèces seules) et largement amplifiés par la présence de la faune détritivore. De plus, en présence de faune, il apparait qu'une forte dissimilarité stœchiométrique dans les mélanges de litières favorise des effets synergiques. Autrement dit, l'association de litières ayant des stœchiométries dissimilaires semble favoriser un meilleur équilibre nutritionnel pour la faune saprophage, stimulant ainsi la décomposition. Finalement, je montre que ces effets synergiques dans les mélanges sont renforcés à travers les effets à long terme des apports de litières issus des différentes espèces d'arbres contribuant à ces mélanges. Ce résultat suggère que la complémentarité de l'utilisation des ressources émerge à travers des interactions à long terme entre les arbres et les organismes décomposeurs. / The high tree species diversity in Amazonian rainforest translates into a high variation of leaf litter quality input to the soil. These inputs constitute a major resource of nutrients and energy for saprophageous organisms, particularly in tropical rainforests growing on old and highly weathered soils and consequently impoverished in rock-derived mineral nutrients. However the consequences of such leaf litter heterogeneity for belowground functioning are still poorly understood. In this thesis, I aim to develop a better mechanistic understanding of leaf litter quality effects and litter diversity on decomposition. Using a factorial fertilization of carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P) and a wide range of leaf litter C : N : P stoichiometries (derived from different tree species) in French Guiana rainforest and in laboratory, I aim to assess the nature and the extent of energetic and nutritional constraints imposed by litter quality on decomposer activities. Although the litter mass loss in this study system is greatly explained by the litter C quality, suggesting a strong control of energy availability on decomposition, external C additions do not alleviate this apparent energetic constraint. However, I find that litter decomposition is conjointly limited by N and P and that the extent of this NP co-limitation is widely related to leaf litter P content and to litter N : P stoichiometry. Thus, even if P appears more profoundly limiting in this system (in accordance to the well-recognized P deficiency hypothesis in tropical rainforest), the litter N access seems also constrain the decomposition. Moreover, I find significant litter diversity effects in litter mixtures and most of them are synergistics (observed mass loss in mixture was more often higher than predicted mass loss on the basis of single species decomposition). These litter diversity effects are largely higher in presence of soil fauna and increase with stoichiometric dissimilarity in mixtures. In other words, the association of stoichiometrically dissimilar litter appear promote a better nutritional balance for the saprophageaous fauna, and thus, stimulate the decomposition. Finally, I show that synergistic effects in mixtures are reinforced toward long-term presence of tree species contributing to the litter mixtures. This result suggest that complementarity effects on mixed litter decomposition may emerge through long-term interactions between aboveground and belowground biota.