Les cellules épithéliales changent en forme et en nombre au cours de divers processus morphogénétiques pendant le développement. La dynamique du réseau d’acto-myosine en interaction directe avec les jonctions adhérentes (JA) est à la base de ces mouvements cellulaires. Cependant, les mécanismes qui régulent cette dynamique cellulaire et moléculaire dans l’espace et le temps sont peu étudiés. Durant les stades précoces de l’ovogenèse chez la drosophile, le follicule ovarien est une sphère composée d'un cyste germinal recouvert d'un épithélium folliculaire monocouche d'origine somatique. Aux pôles de cette structure, un groupe de cellules, les Cellules Polaires (CP), sont produites en excès (3-6 cellules) au début de l'ovogenèse, et ensuite subissent une mort cellulaire programmée apoptotique entre les stades 2 et 4 de l’ovogenèse. De cette façon, à partir du stade 5 tous les pôles contiendront 2CP. Les CP sont l’unique source de sécrétion du ligand de la voie de signalisation JAK/STAT, Unpaired. Notre équipe a démontré que l’activation autonome et non-autonome cellulaire de la voie JAK/STAT est nécessaire pour l'apoptose développementale des CP. Grâce à l’utilisation de l’imagerie confocale en temps réel ainsi que sur des tissus fixés, j’ai établi une séquence d’évènements stéréotypés qui a lieu pendant l’élimination des CP surnuméraires. Trois phases ont été identifiées dans cette séquence: 1) une phase lente de remodelage cellulaire dépendante de la voie de signalisation JAK/STAT au cours de laquelle chaque CP à être éliminée est totalement enveloppée par les CP voisines (plus de 7h) ; 2) une phase d’activation de la cascade canonique de l’apoptose, commençant lorsque la PC est entièrement enveloppée, suivie d’un détachement puis d’une extrusion latérale des corps apoptotiques (1h) ; et 3) une phase de phagocytose des corps apoptotiques par les Cellules Folliculaires (CF) voisines (plus de 5h). Ensuite, en utilisant une approche gènes candidats, j’ai effectué des perturbations génétiques de la Myosine, de la Cadhérine et de différents régulateurs de l’Actine dans les CF et/ou dans les CP, ainsi que des analyses de la dynamique de certaines de ces molécules. Ces expériences m’ont permis de déterminer que la fonction de ces molécules est nécessaire dans les CF pour le processus d’élimination des CP surnuméraires. Finalement un lien entre la signalisation JAK/STAT et la dynamique de la Myosine a été mis en évidence. / Epithelial cells change in shape and number over the various morphogenetic processes occurring during development. The dynamics of the acto-myosin network in direct interaction with adherens junctions is the basis of these cell movements. However, the mechanisms regulating these cellular and molecular dynamics in space and time have not been much studied. During the early stages of oogenesis in Drosophila, the ovarian follicle is a sphere composed of a germline cyst surrounded by a mono-layered follicular epithelium of somatic origin. At the poles of this structure, a group of cells, the Polar Cells (PCs), which are produced in excess (3-6 cells) during early oogoenesis, undergo apoptotic programmed cell death between stages 2-4 of oogenesis, thus that as of stage 5 all poles contain exactly 2 PCs. PCs are the only source of the secreted ligand of the JAK/STAT signaling pathway, Unpaired. Our group has demonstrated that cell autonomous and cell non-autonomous activation of the JAK/STAT pathway is necessary for this developmental apoptosis. Through the use of confocal imaging in real time and on fixed tissues, I established a stereotyped sequence of events that occurs during the elimination of supernumerary PCs. Three phases were identified in this sequence: 1) a slow phase of cellular remodeling dependent on JAK/STAT signaling in which the PC to be eliminated is completely enveloped by its PC neighbors (more than 7 hours); 2) activation of the canonical apoptosis cascade, occurring when the PC is fully enveloped, followed by cell detachment and lateral extrusion of apoptotic corpses (1h); and 3) phagocytosis of apoptotic corpses by the surrounding Follicular Cells (FCs) (over 5 hours). Then, using a candidate gene approach, I conducted genetic perturbation of Myosin, Cadherin and actin regulators in the FCs and/or PCs, and the analysis of the dynamics of some of these molecules. These experiences allowed me to determine that the function of these molecules is required in FCs for the process of elimination of supernumerary PCs. Finally, evidence obtained suggests a link between JAK/STAT signaling and Myosin dynamics.

Selon la tradition, Samuel de Champlain aurait retenu le site de Québec pour ses qualités défensives. Mais se pourrait-il qu'à défaut de comprendre Champlain, la tradition ait préféré questionner la nature au lieu de questionner le fondateur? Cette question constitue notre point de départ. Notre projet consiste à comprendre Québec à l'aune d'une morphogenèse traduisant une mobilisation des acteurs par les formes sensibles des paysages, préalablement investies de valeurs. La fondation de Québec aurait été le fait d'un investissement de représentations symboliques auxquelles le promontoire aurait fait écho. C'est que depuis la Renaissance, la localisation de certains acteurs serait influencée par une coïncidence entre des formes symboliques (idéaux, modèles...) et les images mentales que peuvent suggérer les formes des paysages. Dans ce processus, les artistes auraient la capacité de nous révéler ces coïncidences. Dans cette optique, quatre acteurs auraient lourdement infléchie la morphogenèse de Québec. Champlain, malgré ses prétentions, aurait finalement été contraint d'occuper une position attribuée, son «choix» pour Québec relevant notamment d'une coïncidence entre l'intuition qu'il pouvait avoir de la géopolitique amérindienne et des formes paysagères pouvant suggérer les discontinuités découlant de cette géopolitique. Dans le regard de Montmagny, le promontoire de Québec aurait fait écho à la posture que s'attribuait alors le sujet baroque. Le sujet aurait cherché à exprimer son unicité en s'associant avec les saillances du paysage. Mais au même moment, d'autres acteurs baroques — les communautés religieuses — auraient elles aussi été mobilisées par le promontoire de Québec. Une mimesis d'appropriation aurait été amplifiée par un paysage pouvant suggérer le rang social de ces acteurs. De cette rivalité devait émerger l'organisation axiale de Québec. Cette axialité a eu et a encore, une forte incidence sur le devenir de Québec. L'organisation du domaine bâti de Québec — des faubourgs enserrant un centre — aurait évoqué l'individualisme romantique, incitant les bourgeoisies à vouloir occuper le bourg fortifié. Modernes, elles voulaient détruire les murs de Québec. Or, Lord Dufferin les forçait à conserver ces derniers. La morphogenèse de Québec prenait une nouvelle tangente sous l'influence d'une confusion entre un idéal individualiste, l'organisation du paysage de Québec et une position centrale qui changeait de valeur. Les bourgeoisies se aisaient prendre dans un «piège paysager». Depuis lors, la morphogenèse de Québec ne ferait que s'inscrire à l'intérieur du lourd héritage de la «vieille capitale», au détriment de quartiers entiers. Aujourd'hui, nous pouvons constater que certains espaces, sous l'influence d'idéaux spécifiques, sont l'objets d'investissements de valeurs. Le bourg fortifié, dans la foulée de son classement, est l'objet d'une valorisation par des acteurs inscrits dans des trajectoires longues. Il est de ce fait de plus en plus un espace vide. Aussi, sous l'influence des discours environnementaux, le bassin de Québec serait en train d'émerger comme espace attractif, et ce, en concurrence avec les investissements récents dans le nouveau centre-ville. / According to tradition, the site for the construction of Québec was chosen by Samuel de Champlain for its defensive properties. Yet, while having no insight of the founder’s intentions, could it be that the above tradition preferred to investigate nature instead of investigating Champlain’s motives? This question constitutes the starting point of this research endeavor. It aims at understanding Québec from the very start of its morphogenesis resulting from a succession of actors influenced by the perceived landscape forms pre-invested with human values. Hence, the founding of Québec would have been the result of representation inputs of a symbolic nature to which echoed its promontary, considering that since Renaissance the location of certain actors could have been determined through the coincidence between symbolic forms ( ideals, models...) and the mental images as generated by the forms of the landscape. In this process, artists tend to unveil these coincidences. In that perspective, four actors have strongly inflected the morphogenesis of Québec. Champlain, notwithstanding his claims, would have been constrained to occupy a designated position, his «choice» for Québec resulting from a coincidence between his possible intuition of the ameridian geopolitics and the landscape forms suggesting the potential discontinuities created by this geopolitics. As seen by Montmagny, the Québec promontory evoqued the posture to which the Baroque individual pretended: his tendency to express his wholesomeness by his association with the stricking features of the landscape. But at the same time, other Baroque actors — the religious communities — invested the Québec promontory: an appropriative mimesis would have been amplified by a landscape able to suggest the social position of these actors. From this rivalry resulted the axial organisation of Québec which had and still has a strong incidence upon the spatial evolution of the agglomeration. The organization of the built form of Québec — faubourgs enclosing a centre — would have evoqued the romantic individualism, encouraging the (modern) bourgeoisies to occupy the fortified bourg; they wanted to destroy its walls, while Lord Dufferin insisted in conserving them. From then on, the morphogenesis of Québec took a new direction under the influence of a confusion between the individualistic ideal, the structured landscape of Québec and a central position undergoing a value change. Hence, the bourgeoisies were caught into a «landscape trap». Since then, the morphogenesis of Québec is still submitted to the constraining legacy of the «old Québec», creating prejudice to surrounding neighbourhoods. As a result, one can ascertain that today some portions of the agglomeration, under the influence of specific ideals, are subjected to new value investments. The fortified bourg, following its designation as a Heritage precinct (UNESCO), is subjected to a valorization process by actors set in long term trajectories; hence, it more and more becomes an “empty place”. Moreover, influenced by the environmental discourse, the walled City and its harbour seem to emerge as a space of attraction, this being in competition with the recent investments in the new CBD.

Les communautés de savoirs en tant qu'espaces hybrides, mettent en jeu, d'une part, des individus qui interagissent au sein d'un réseau social et qui produisent des contenus localement, et d'autre part, des entités sémantiques, liées au sein d'un réseau sémantique doté d'une structure autonome. Cette thèse vise à explorer les dynamiques sociales et sémantiques qui animent ces communautés de savoirs, ainsi que leur couplage structurel. Elle s'appuie essentiellement sur deux types d'objets empiriques : les communautés scientifiques et les blogosphères politiques, dont nous suivons l'activité grâce à l'observation in-vivo de leurs traces digitales. Notre ambition est de réaliser une reconstruction phénoménologique réaliste des dynamiques sociosémantiques de ces communautés de savoirs. Pour ce faire, nous distinguons entre les dynamiques liées à la morphogenèse puis à la phylogenèse des réseaux qui composent ces systèmes et les processus dynamiques de diffusion qu'ils supportent. Les méthodes de caractérisation de la morphogenèse des communautés de savoirs permettent, d'une part, de repérer et représenter les structures et propriétés émergentes de ces communautés de savoirs, et d'autre part, de mettre en évidence les comportements individuels réguliers qui les animent. La phylogenèse des communautés de savoirs consiste en la reconstruction des dynamiques de ces structures de haut-niveau émergeant au cours de la morphogenèse. L'analyse des processus de diffusion nous amène à interroger les déterminants structurels micro et macro qui conditionnent la circulation d'information dans ces communautés. L'ensemble de ces approches nous permettent de décrire les communautés de savoirs comme des systèmes dont les dimensions sociale et sémantique sont, par essence, en co-évolution.

Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

Les urodèles amphibiens, dont fait partie l’axolotl (Ambystoma mexicanum), ont la capacité de régénérer leurs organes et membres suite à une amputation, tout au long de leur vie. La patte est l’organe dont le processus de régénération est le mieux caractérisé et ce dernier est divisé en deux phases principales. La première est la phase de préparation et commence immédiatement suite à l’amputation. Elle renferme des étapes essentielles au processus de régénération comme la guérison de la plaie et la formation d’une coiffe apicale ectodermique. Par la suite, les fibroblastes du derme et certaines cellules musculaires vont revenir à un état pluripotent via un processus appelé dédifférenciation cellulaire. Une fois dédifférenciées, ces cellules migrent et s’accumulent sous la coiffe apicale pour former le blastème. Lors de la phase de redéveloppement, les cellules du blastème se divisent puis se redifférencient pour régénérer la partie amputée. Fait intéressant, la régénération d’un membre ou la guérison d’une plaie chez l’axolotl ne mène jamais à la formation d’une cicatrice. Afin d’en apprendre plus sur le contrôle moléculaire de la régénération, les gènes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) et Transforming growth factor-β1 (Tgf-β1) ont été sélectionnés. Ces gènes jouent un rôle important dans la réponse au stress et lors de la guérison des plaies chez les mammifères. HSP-70 est une chaperonne moléculaire qui est produite pour maintenir l’intégrité des protéines cellulaires lorsqu’un stress se présente. TGF-β1 est une cytokine produite suite à une blessure qui active la réponse inflammatoire et qui stimule la fermeture de la plaie chez les amniotes. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que Hsp-70 est exprimé et régulé lors du développement et de la régénération du membre chez l’axolotl. D’autre part, nos expériences ont mené à l’isolation de la séquence codante pour Tgf-β1 chez l’axolotl. Nos résultats montrent que Tgf-β1 est exprimé spécifiquement lors de la phase de préparation dans le membre en régénération. De plus, le blocage de la voie des Tgf-β avec l’inhibiteur pharmacologique SB-431542, lors de la régénération, mène à l’inhibition du processus. Ceci démontre que la signalisation via la voie des Tgf-β est essentielle à la régénération du membre chez l’axolotl. / Urodele amphibians, such as the axolotl (Ambystoma mexicanum), have the unique ability, among vertebrates, to perfectly regenerate many parts of their body throughout their life. Among the complex structures that can be regenerated, the limb is the most widely studied. Limb regeneration is divided in two main phases. The preparation phase, which begins right after amputation, includes wound healing and the formation of an apical ectodermal cap. During this phase, dermal fibroblasts and muscle cells will lose their characteristics and become pluripotent through a process called cellular dedifferentiation. The dedifferentiated cells migrate and accumulate under the apical ectodermal cap to form the blastema. During the redevelopment phase, the cells in the blastema proliferate and redifferentiate to regenerate the lost structures. It is interesting to highlight the fact that regeneration never leads to scar formation in the axolotl. In order to learn more about the molecular control of limb regeneration, the genes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) and Transforming growth factor-β1 (Tgf- β1) were selected for their important roles in stress response and wound healing in mammals. HSP-70 is a molecular chaperone which is produced to protect cellular proteins when the cell faces a stress. TGF-β1 is a cytokine produced after wounding that activates the inflammatory response and stimulates wound closure in amniotes. Results presented in this thesis show that Hsp-70 is expressed and regulated during limb development and regeneration in the axolotl. We were also able to isolate the cDNA coding for axolotl Tgf-β1 and our results show that this gene is expressed specifically during the preparation phase of limb regeneration. Treatment of regenerating axolotls with a specific inhibitor of Tgf-β signalling, SB-431542, led to complete inhibition of regeneration. This directly implies that Tgf-β signalling is essential for limb regeneration in axolotl.

L'acide rétinoïque (AR) est un morphogène dérivé de la vitamine A, qui intervient dans le contrôle de l'organogenèse, de la prolifération et de la différenciation cellulaires chez les Chordés. Dans ce contexte, nous avons étudié les régulations spatio-temporelles de la voie de signalisation de l’AR au cours du développement de l’amphioxus, en mettant l'accent sur l’espèce européenne Branchiostoma lanceolatum.Nous avons tout d'abord inhibé ou activé la voie de signalisation de l’AR lors du développement embryonnaire en traitant des embryons d’amphioxus à des doses variables de composés pharmacologiques interférant avec le métabolisme des rétinoïdes. Grâce à l’utilisation d’outils mathématiques spécifiques, nous avons établi un schéma détaillé des effets des traitements effectués sur le développement du système nerveux central (SNC) et du pharynx chez l’amphioxus en nous basant sur l’expression de gènes marqueurs de tissus spécifiques. À l’issue de cette première analyse, nous avons par la suite étudié les effets d’une perturbation de la signalisation de l’AR à des points clés du développement chez l’amphioxus lors de la régionalisation du SNC et du pharynx. Nous avons ainsi montré que la voie de signalisation de l’AR intervient dans la régionalisation de l’axe antéro-postérieur via le contrôle des gènes hox dès le stade gastrula et jusqu’aux stades larvaires. En outre, nous avons réalisé l'étude préliminaire du gène homologue chez l’amphioxus du gène aldh1a2 des Vertébrés, et avons démontré que la régulation du niveau de synthèse de l’AR au cour du développement est conservée entre l’amphioxus et les Vertébrés. Finalement, nous avons montré que la voie de l’AR participe également à la morphogenèse caudale chez l’amphioxus, et que le mécanisme impliqué semble différent de celui proposé chez les Vertébrés où l’AR contrôle la structuration de la nageoire caudale par le ciblage des tissus mésenchymateux. / Retinoic acid (RA) is an endogenous vitamin A-derived morphogen. In this context, we studied the spatiotemporal roles of RA signaling in amphioxus development, focusing on the European amphioxus species: Branchiostoma lanceolatum. We first created excess and insufficiency models of RA signaling by exposing amphioxus embryos to series of doses of different pharmacological compounds targeting either the RA receptors or the RA metabolism machinery. By introducing the important mathematical concept of a Cartesian coordinate system founded by René Descartes, we created detailed diagrams of the concentration-dependent defects caused by RA signaling in the central nervous system (CNS) and pharynx of amphioxus by evaluating the statistical significances of tissue-specific marker gene expression in labeled embryos. This analysis yielded a very detailed description of the sensitivities of the developing amphioxus CNS and pharynx to altered RA signaling levels. Following this initial challenge, we correlated the effects of altered RA signaling levels with key amphioxus developmental stages characterized by structural transitions in CNS and pharynx. We show that hox-mediated RA signaling in axial patterning is active beyond the gastrula stage and might be maintained until at least early larval stage, with possible roles in more regionalized axis formation and organ induction. In addition, we carried out a preliminary study on a RA synthesizing gene in amphioxus, called aldh1a, a possible homolog of the vertebrate aldh1a2 gene, demonstrating that the feedback between RA signaling and RA synthesizing levels has emerged before the split of the cephalochordate and vertebrate lineages. Moreover, we are able to show that RA signaling also participates in tail fin morphogenesis in amphioxus by a mechanism that is probably not comparable to that in vertebrates, where RA modulates caudal fin patterning through targeting mesenchymal derivatives.

La plupart des organes et organismes ont une forme remarquablement reproductible, malgré une très grande variabilité de forme et de croissance au niveau cellulaire. Des signaux supracellular, gradient de morphogène ou contraintes mécaniques, pourraient coordonner le comportement des cellules et via de multiples boucles de rétroaction canaliser les formes finales. Des progrès récents en imagerie du vivant, micromécanique et modélisation, permettent aujourd’hui d’analyser la relation entre la variabilité cellulaire, la communication intercellulaire et la forme globale d’un organe de façon quantitative. Nous avons choisi de travailler sur le sépale abaxial chez Arabidopsis thaliana, car sa forme est reproductible et il est facilement accessible pour l’imagerie. Nous avons choisi de nous concentrer sur l’analyse des microtubules corticaux : ils s’alignent le long des tensions maximales dans les tissus et, en guidant le dépôt des microfibrilles de cellulose, ils renforcent l’anisotropie mécanique des parois dans la direction des contraintes maximales. Nous avons observé un alignement supracellulaire des microtubules à la pointe du sépale et nous avons pu corréler ce comportement à un patron de tensions causé par un différentiel de croissance dans le sépale. En utilisant des approches micromécaniques et des mutants affectés dans la dynamique des microtubules, nous avons confirmé que les microtubules étaient capables de s’aligner en fonction des contraintes mécaniques, la forme finale du sépale dépendant de la force du rétrocontrôle. Nous proposons donc que cette réponse déclenche un arrêt de croissance de la pointe du sépale jusqu’à sa base et limite ainsi l'expansion des sépales. Plus localement, nous avons également analysé la contribution des conflits mécaniques entre cellules voisines, soit en utilisant le différentiel de croissance naturel autour d’un trichome, soit en générant des mosaïques artificielles avec le système cre-lox. Nos résultats suggèrent une contribution de l'hétérogénéité de croissance dans la forme finale des sépales, encore une fois par l'intermédiaire de la réponse des microtubules aux contraintes mécaniques. Ces résultats nous permettent donc d’élaborer un scénario dans lequel une rétroaction mécanique, locale et globale, sur les microtubules contrôle la forme finale du sépale. / Most organs and organisms have remarkably consistent final shapes, yet at the cellular level, growth and shape can be highly variable. Surpacellular signals, e.g. morphogen gradients or force fields, may coordinate cell behavior, involving multiple feedback loops, to yield such reproducible shapes. Because of the recent progress in live-imaging techniques, micromechanics and modeling, the relation between cellular noise, cell-cell communication and global shape is now amenable to quantitative analysis. We chose to work on the abaxial sepal, as it displays consistent shapes and is easily accessible for live imaging. We focus our analysis on cortical microtubules: they align along maximal tensile stress directions in plant tissues, and as they guide the deposition of cellulose microfibrils, the main load-bearing component in plant cell walls, they largely determine the mechanical anisotropy of cell walls, providing mechanical strength in the direction of maximal stress. We identified a supracellular alignment of microtubules at the tip of the sepal and we could match this pattern with predicted growth-derived tensile stress patterns. Using micromechanical approaches and mutants impaired in microtubule dynamics, we confirm that microtubules in the sepal can align along maximal tension directions, the final sepal shape depending on the strength of the feedback. We thus propose that this response triggers a wave of growth arrest from the tip of the sepal and thus restricts the expansion of the sepal. More locally, we also analyzed the contribution of mechanical conflicts between adjacent cells that grow at different rates, using the naturally occurring fast growing trichome cells as well as cre-lox induced artificial growth mosaics. Our results support a contribution of growth heterogeneity in final sepal shape, again via the microtubule response to mechanical forces. Altogether, this provides a scenario in which global and local mechanical feedback on microtubules channels the sepal final shape.

La première partie de ma thèse est consacrée à l’étude de l’auto-organisation de souches génétiquement modifiées de bactéries Escherichia coli. Ce projet, réalisé en collaboration avec des biologistes synthétiques de l’Université de Hong Kong, a pour objectif l’exploration et le décryptage d’un nouveau mécanisme d’auto-organisation dans des colonies bactériennes multi-espèces. Cela a été inspiré par la question fascinante de comment les écosystèmes bactériens comprenant plusieurs espèces de bactéries peuvent s’auto-organiser dans l’espace. En considérant des systèmes dans lesquels deux souches de bactéries régulent mutuellement leurs motilités, j’ai pu montrer que le contrôle de densité réciproque est une voie générique de formation de motifs: si deux souches tendent à faire augmenter mutuellement leur motilité (la souche A se déplace plus vite quand la souche B est présent, et vice versa), ils subissent un processus de formation de motifs conduisant à la démixtion entre les deux souches. Inversement, l’inhibition mutuelle de la motilité conduit à la formation de motifs avec colocalisation. Ces résultats ont étévalidés expérimentalement par nos collaborateurs biologistes. Par la suite, j’ai étendu mon étude à des systèmes composés de plus de deux espèces en interaction, trouvant des règles simples permettant de prédire l’auto-organisation spatiale d’un nombre arbitraire d’espèces dont la motilité est sous contrôle mutuel. Cette partie de ma thèse ouvre une nouvelle voie pour comprendre l’auto-organisation des colonies bactériennes avec des souches concurrentes, ce qui est une question importante pour comprendre la dynamique des biofilms ou des écosystèmes bactériens dans les sols. Le deuxième problème traité dans ma thèse est inspiré par le comportement collectif des moteurs moléculaires se déplaçant le long des microtubules dans le cytoplasme des cellules eucaryotes. Un modèle pertinent pour le mouvement des moteurs moléculaires est donné par un système paradigmatique de non-équilibre appelé Processus Asymmetrique d’Exclusion Simple, en anglais Asymmetric Simple Exclusion Process (ASEP). Dans ce modèle sur réseau unidimensionnel, les particules se déplacent dans les sites voisins vides à des taux constants, avec un biais gauche-droite qui déséquilibre le système.Lorsqu’il est connecté à ses extrémités à des réservoirs de particules, l’ASEP est un exemple prototypique de transitions de phase unidimensionnelles guidées par les conditions aux limites. Les exemples réalistes, cependant, impliquent rarement une seule voie:les microtubules sont constitués de plusieurs pistes de tubuline auxquelles les moteurs peuvent s’attacher. Dans ma thèse, j’explique comment on peut théoriquement prédire le comportement de phase de systèmes à plusieurs voies complexes, dans lesquels les particules peuvent également sauter entre des voies parallèles. En particulier, je montre que la transition de phase unidimensionnelle vue dans l’ASEP survit cette complexité supplémentaire mais implique de nouvelles caractéristiques telles que des courants transversaux stables non-nulles et une localisation de cisaillement. / The first part of my thesis is devoted to studying the self-organization of engineered strains of run-and-tumble bacteria Escherichia coli. This project, carried out in collaboration with synthetic biologists at Hong Kong University, has as its objective the exploration and decipherment of a novel self-organization mechanism in multi-species bacterial colonies. This was inspired by the fascinating question of how bacterial ecosystems comprising several species of bacteria can self-organize in space. By considering systems in which two strains of bacteria mutually regulate their motilities, I was able to show that reciprocal density control is a generic pattern-formation pathway: if two strains tend tomutually enhance their motility (strain A moves faster when strain B is present, and conversely),they undergo a pattern formation process leading to demixing between the two strains. Conversely, mutual inhibition of motility leads to pattern formation with colocalization. These results were validated experimentally by our biologist collaborators. Subsequently, I extended my study to systems composed of more than two interacting species, finding simple rules that can predict the spatial self-organization of an arbitrary number of species whose motility is under mutual control. This part of my thesis opens up a new route to understand the self-organization of bacterial colonies with competing strains, which is an important question to understand the dynamics of biofilms or bacterial ecosystems in soils.The second problem treated in my thesis is inspired by the collective behaviour ofmolecular motorsmoving along microtubules in the cytoplasm of eukaryotic cells. A relevant model for the molecularmotors’ motion is given by a paradigmatic non-equilibrium system called Asymmetric Simple Exclusion Process (ASEP). In this one-dimensional lattice- based model, particles hop on empty neighboring sites at constant rates, with a leftright bias that drives the systemout of equilibrium. When connected at its ends to particle reservoirs, the ASEP is a prototypical example of one-dimensional boundary driven phase transitions. Realistic examples, however, seldom involve only one lane: microtubules are made of several tubulin tracks to which the motors can attach. In my thesis, I explained how one can theoretically predict the phase behaviour of complex multilane systems, in which particles can also hop between parallel lanes. In particular, I showed that the onedimensional phase transition seen in the ASEP survives this additional complexity but involves new features such as non-zero steady transverse currents and shear localization.

L'évolution des paysages provençaux (sud Luberon, Vaucluse, France) depuis la dernière glaciation est analysée au travers de la dynamique couplée des formations alluviales et des systèmes travertineux, en relation avec les changements climatiques et l'anthropisation. Des analyses géomorphologiques, sedimento-stratigraphiques et physico-chimiques, dont les résultats sont incrémentés par des études archéologiques et paléoécologiques (malacologie et anthracologie) ainsi qu'une cinquantaine de datations 14C, constituent les fondements d'une étude à vocation pluridisciplinaire sur les relations Homme/milieu en France méditerranéenne.<br /> Aux environs de 50 Ka BP, les vallons du piémont sud du Grand Luberon sont colmatés par de puissants glacis d'accumulation dépassant fréquemment les 30 mètres d'épaisseur et remaniant un abondant matériel torrentiel caillouteux contenant des gélifracts. A leur base, plusieurs « sols rouges » et leur contenu paléontologique, indiquent le caractère plus tempéré des épisodes interstadiaires du Stade Isotopique 3 en domaine méditerranéen.<br />Entre le Dernier Maximum Glaciaire et le Tardiglaciaire (18000-17000 cal BP. ?), période charnière au niveau bioclimatique, une incision majeure intervient, surprenante par son ampleur et sa rapidité. Dès 15500 cal. BP, la tendance morphogénique s'inverse et l'on assiste à une reprise de l'accumulation sédimentaire dans les fonds de vallons. Au sein de cette nouvelle dynamique, de puissantes formations travertineuses se développent aux débouchés d'exsurgences karstiques et signent le réchauffement climatique engagé. Celles-ci constituent jusqu'à présent le plus ancien témoignage du « redémarrage » postglaciaire de la travertinisation dans le sud de la France. Par la suite, et dans l'ensemble des formations détritiques et carbonatées, deux incisions principales se produisent vers 9000 et 6000 cal. BP en alternance avec des phases de remblaiements. Les fluctuations morphogéniques de cette première partie du Postglaciaire s'accordent, et semblent principalement inféodées, aux variations des paramètres bioclimatiques. <br />Dès le Néolithique Final, dans un contexte d'augmentation des occupations humaines, les séquences enregistrent une série de ruptures (incisions) de haute fréquence et de faible amplitude. Ces perturbations sont accompagnées de changements de faciès dans les systèmes carbonatés et d'ouvertures fortes du milieu végétal déterminées par les analyses paléoécologiques. Le caractère particulièrement sensible des ensembles travertineux aux modifications d'origine climato-anthropique du biotope est ainsi souligné. <br />Entre le XIème et le XIIIème siècle après Jésus Christ, on note l'interruption, de l'accumulation des travertins et le démantèlement des formations l.s. (et non entre la fin du Néolithique et la période antique comme il était communément admis). C'est également dans le même intervalle que s'instaure la dynamique majeure d'incision linéaire des talwegs bien connue dans le sud de la France, mais jusqu'à présent rangée dans une chronologie incertaine. Postérieurement au XVIIème siècle, au cours du Petit Age Glaciaire, une dernière période de remblaiement détritique plus modeste débute. A terme, celle-ci est interrompue par une ultime phase d'incision toujours effective aujourd'hui. L'action conjuguée des oscillations climatiques et des modes d'occupation des sociétés humaines sur le milieu « naturel » apparaît comme le principal moteur d'une morphogenèse mouvementée au cours de la deuxième partie du Postglaciaire.