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.

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.

Après les « lois mathématiques » (19ème siècle) et les « modèles mathématiques » (années 1930), les sciences dites « non-exactes » recourent aux simulations numériques (années 1950) puis informatiques (années 1970). À cela, plusieurs raisons : la complexité des objets, l'évolution de la référence que représente la physique avec ses nouveaux formalismes, l'évolution conjointe des techniques de calcul (matérielles et formelles), enfin l'émergence de l'ordinateur et des langages évolués. Or, la modélisation puis la simulation imposèrent des réévaluations du rôle épistémique dévolu aux formalismes depuis la mécanique rationnelle. Pour livrer un pan d'histoire des sciences et des techniques de modélisation, une histoire intégrative et compréhensive est nécessaire. Avec cet angle de vue, sensible aux philosophies de l'époque, aux ontologies des acteurs, comme aux contraintes techniques des formalismes, des instruments et des institutions, on peut voir trois grandes époques dans le destin récent des formalisations des plantes : un déracinement par rapport à la classique supposition d'un fondement dans le réel des lois mathématiques (1922-1937) ; une dispersion des formalismes et une expansion des modèles théoriques et pragmatiques (1938-1967) ; enfin une convergence des formalismes et des axiomatiques autour des infrastructures informatiques pluriformalisées (à partir de 1967). Notre thèse historique et épistémologique est celle-ci : l'ordinateur, après avoir amplifié la dispersion des formalismes, tend à la neutraliser en offrant un nouveau terrain d'expérimentation. Le rejet des représentations fidèles (iconoclasme) des actuelles épistémologies est à rectifier en profondeur.

Les nids des insectes sociaux fascinent car, aussi complexes et structurés qu'ils puissent être, ils sont construits de façon auto-organisée par des insectes qui peuvent être de plusieurs ordres de grandeur plus petits que la structure. Nous abordons ici l'étude des mécanismes de comportement individuel impliqués dans ces processus de morphogenèse à travers l'exemple de l'agrégation de cadavres par une colonie de fourmis Messor Sancta. Nous proposons un modèle de marche aléatoire non réciproque faisant émerger un suivi des structures, appuyé sur des observations individuelles et dont nous étudions les propriétés statistiques. Nous modélisons également l'interaction entre les actes de construction et un écoulement d'air de faible vitesse comme un exemple des couplages écoulement-constructions supposés responsables de l'adaptation des nids aux conditions environnementales.

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.

Des progrès récents dans la détection et la manipulation des molécules individuelles offrent de nouveaux outils pour étudier les molécules biologiques et leurs assemblages en conditions physiologiques. Ces outils permettent d'observer la dynamique, les états<br />conformationnels, et l'activité de molécules biologiques individuelles, non masqués par une moyenne d'ensemble. Dans ce cadre, je présente trois études que j'ai réalisées de 1998 à 2006.<br />La première concerne l'étude d'une protéine du cytosquelette, la spectrine. A l'aide d'un microscope à force atomique, nous suivons les états et les transitions de dépliement de protéines polymériques constituées de domaines identiques de la spectrine et montrons que le dépliement d'un domaine de spectrine peut se produire par étapes pendant son étirement.<br />Le second sujet porte sur l'organisation et la dynamique des membranes des cellules vivantes. Nous exposons une méthode fondée sur la spectroscopie de corrélation de fluorescence permettant de détecter des domaines membranaires. Nous revisitons les questions controversées dʹorganisation membranaire en étudiant une grande variété de marqueurs membranaires. Nous<br />montrons que les analogues fluorescents des sphingolipides et les protéines ancrées par un<br />glycosylphosphatidylinositol sont seulement confinés par des microdomaines dʹorigine lipidique.<br />En revanche, le récepteur à la transferrine est compartimenté à la fois par lʹorganisation lipidique et<br />le réseau du cytosquelette. Nous confirmons ainsi lʹexistence dʹune micro‐architecture dʹorigine<br />lipidique par des mesures sur cellules vivantes.<br />Pour améliorer la détection de molécules fluorescentes individuelles et réduire les volumes d'observation sous la limite de diffraction optique, nous utilisons des structures photoniques tels que des miroirs diélectriques ou des trous de taille sub‐longueur d'onde percés dans des films métalliques. A l'aide de ces structures, nous examinons la diffusion membranaire à l'échelle<br />nanométrique et en inférons la structure fine des membranes.<br />Enfin, je présente un projet de recherche sur la géométrie et la mécanique de l'épithélium<br />de l'embryon de drosophile lors de la morphogenèse. Ce projet vise en particulier à développer des<br />méthodes spécifiques pour mesurer et déterminer le rôle des forces de tension corticale du réseau<br />dʹacto‐myosine dans le remodelage des interfaces cellulaires.

Ce manuscrit décrit mes activités de recherche effectuées au Laboratoire de Physique Statistique de l'Ecole Normale Supérieure et contient une sélection d'articles. L'un des principaux sujets de recherche que j'ai étudié concerne dynamique de la propagation des fissures. L'approche suivie tourne autour de la formation de motifs dans des systèmes en présence d'une ou de plusieurs fissures. Une fois qu'une fissure est formée et qu'elle commence à se propager quelle trajectoire va-t-elle suivre? quelle sera sa dynamique? est-ce que les instabilités dynamiques et morphologiques observées expérimentalement ont la même origine? comment sont-elles correllées? lorsque plusieurs fissures sont présentes, comment interagissent-elles et quelle est la morphologie résultante? peut-on contrôler le motif final en contrôlant seulement les conditions d'application des contraintes ou la géométrie globale?<br /><br />Dernièrement, j'ai commencé à aborder de nouveaux problèmes tournant autour de la morphogenèse induite par la mécanique. Le principal objectif de ces projets est d'apporter une meilleure compréhension du comportement mécanique de certaines structures biologiques et physiques, et de leur morphogenèse.

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.

Au vu de l'impact croissant du changement climatique global et en particulier de la sécheresse sur les forêts, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de réponse des arbres face à des variations de disponibilité en eau. Ces dernières années, des études ont montré un contrôle épigénétique et notamment par la méthylation de l'ADN de la plasticité phénotypique des plantes en réponse aux variations environnementales. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l'ADN des cellules du méristème apical caulinaire dans la plasticité développementale de la tige feuillée en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier, un arbre modèle. A cette fin, le méthylome de la chromatine non condensée dans le méristème apical caulinaire de Populus trichocarpa a été caractérisé. Ensuite, l'impact de variations de disponibilité en eau sur la méthylation de l'ADN a été étudié dans l'apex caulinaire de différents hybrides (P. × euramericana). Les loci et les réseaux de gènes affectés pour leur expression et leur méthylation ont ainsi été identifiés. Ces travaux ont montré que dans le méristème apical caulinaire, la majorité des gènes étaient dans un état non condensé de la chromatine et méthylés dans leur corps. Ils ont également mis en évidence une forte variation de la méthylation globale de l'ADN selon les génotypes et en réponse à des variations de disponibilité en eau. De plus, des corrélations ont été établies entre les niveaux de croissance des arbres et de méthylation globale de l'ADN dans l'apex caulinaire. Enfin, les variations de la méthylation de l'ADN en réponse aux variations de la disponibilité en eau s'accompagnent de variations d'expression et ont ciblé particulièrement des gènes impliqués dans la signalisation par les phytohormones ou la morphogenèse. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse suggèrent un rôle de la méthylation de l'ADN dans la plasticité phénotypique en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier via le contrôle de l'expression de réseaux de gènes dans le méristème apical caulinaire.

L'étude des formes de la nature, de leur diversité, de leur reproductibilité ainsi que de leurs origines a toujours suscité un vif intérêt et, en particulier, la forme polygonale des cellules au sein des épithéliums monocouches, depuis leur observation par Hooke en 1665. Le travail de thèse exposé à travers ce mémoire vise une meilleure compréhension de la morphogenèse de ces tissus. Pour y parvenir, trois approches ont été combinées : la biologie expérimentale du développement, l'analyse biostatistique et, principalement ici, la modélisation biomécanique et numérique. L'hypothèse d'une influence des efforts mécaniques dans l'organisation des épithéliums monocouches en formation a conduit au développement d'un modèle bidimensionnel de cellules, basé sur la physique des milieux divisés et permettant une plasticité de forme ainsi qu'une capacité de libre auto-organisation. Les simulations de morphogenèse de tissus constitués de ces cellules ont alors, d'une part, été confrontées aux observations et, d'autre part, permis de faire varier des paramètres difficilement accessibles expérimentalement, principalement ceux régissant l'évolution cellulaire ainsi que les conditions aux limites. Les résultats issus de ces simulations ont ainsi permis de corroborer ceux provenant des expérimentations : les tissus non prolifératifs sont plus organisés que les prolifératifs et l'apoptose semble jouer un rôle stabilisateur de la morphogenèse des épithéliums prolifératifs. En outre, les études numériques montrent que l'organisation des tissus non prolifératifs semble décroître quand leur vitesse de développement augmente. Par ailleurs, les tissus paraissent plus organisés avec une division et une apoptose contrôlées par des critères mécaniques plutôt que lorsque le système prolifère suivant des critères aléatoires. En conclusion, ce travail de thèse montre l'importance des interactions mécaniques dans le processus de morphogenèse épithéliale et représente une première base prometteuse pour des études futures en ce domaine (étude tridimensionnelle, structuration du cytosquelette, tissus hyperprolifératifs, etc.).