Le collagène XXII (COLXXII) a été décrit, en 2004, comme un marqueur des jonctions tissulaires chez la souris. En particulier, la jonction myotendineuse (JMT) est une matrice extracellulaire spécialisée qui assure une liaison structurale entre le muscle squelettique et le tendon et permet la transmission des forces de contraction au squelette. Mon projet de thèse a visé à caractériser le rôle de COLXXII in vivo; le modèle du poisson zèbre a été choisi. Chez le poisson zèbre, col22a1 code pour COLXXII dont l'expression débute dans tout le somite, puis, se restreint progressivement aux extrémités des fibres musculaires au niveau de la JMT, où est déposée la protéine. Utilisant la technique de morpholino-knockdown, nous avons montré que les morphants développent un phénotype dystrophique et que le COLXXII fait très probablement partie du complexe d'ancrage intégrine α7β1. Cependant, compte tenu de la durée d'efficacité réduite des morpholinos, notre étude était limitée. Utilisant la technologie CRISPR-Cas9, nous avons donc généré deux lignées invalidées pour col22a1. L'analyse ultra-structurale des poissons col22a1-/-, de la jeune larve à l'adulte, montre que les interdigitations du sarcolemme, caractéristiques de la JMT, sont pratiquement absentes chez les mutants (comme chez les morphants), pouvant impacter la transmission des forces et/ou l'attachement du muscle aux myoseptes (tendons). De façon intéressante, pour les deux lignées, la même proportion de larves présente un phénotype très sévère entrainant la mort vers 2 semaines post-fécondation (spf). Les autres larves, elles, survivent et ne montrent pas de phénotype global particulier. En revanche, une forte réduction des interdigitations de la JMT est constatée et dans de rares cas, après challenge des poissons, une rupture musculaire est observée. Une première approche de q- PCR par gène candidat a été réalisée et il semble possible que les différences phénotypiques soient liées à des évènements conjoints d'expressivité variable et de compensation génique. Enfin, utilisant un système original de test de nage à contre-courant par palier, j'ai montré que les poissons col22a1-/- âgés de 6 mois ont une capacité de nage très diminuée et consomment d'avantage d'O2 pendant l'effort comparés aux animaux sauvages. L'efficacité du système musculo-squelettique semble donc moindre en l'absence de collagène XXII. Nos résultats devraient permettre de considérer COL22A1 comme un gène candidat pour les cas de dystrophies musculaires dont la cause génétique est non élucidée / The myotendinous junction (MTJ) is a specialized extracellular matrix which allows the transmission of skeletal muscle forces to bones. My thesis project aimed at characterizing the in vivo role of COLXXII using the zebrafish as a model. The zebrafish col22a1 gene encodes COLXXII whose expression begins in the entire somite, and is then restricted gradually at the MTJ, where the protein is deposited. Morphants (Knockdown) develop a dystrophic phenotype and we have demonstrated that COLXXII is likely a member of the integrin a7ß1 anchoring complex. However, because morpholinos are efficient only few days after injection, our study was limited to early stages of zebrafish development. We thus generated two mutant lines (CRISPR-Cas9) invalidated for col22a1. The typical sarcolemmal interdigitations of the MTJ are almost absent in mutants, from larvae to adult (as in morphants), which could impact the force transmission and/or the muscle attachment to myosepta (tendons). In the two mutant lines, the same proportion of larvae displays a severe phenotype leading to fish death 14 days post-fertilization. On the contrary, other larvae survive without any obvious general phenotype. A first candidate genes approach was realized by qPCR and tends to show that the phenotypic differences may be due to both, variable expressivity and genetic compensation. Finally, I have shown that 6 months col22a1-/- fish show a highly decreased swimming capacity and consume more O2 during effort compared to wild type animals. Thus, we conclude that the musculoskeletal system efficiency seems altered in absence of COLXXII. Our results should allow considering COL22A1 as a candidate gene for muscular dystrophies with unclarified genetic cause.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la modélisation des interactions fluide-structure entre un fluide visqueux, incompressible et une structure pouvant être déformable. Après avoir présenté les différentes approches possibles de modélisation, nous introduisons une nouvelle méthode de type frontière immergée : la méthode IPC ("Image Point Correction"). Combinant approches Ghost-Cell et Pénalisation, cette méthode mixte du second degré globalement et localement en vitesse, est validée sur différents cas tests (comparaisons des coefficients aérodynamiques pour des cylindres fixes ou mobiles, sédimentation 2D d'un cylindre). Nous avons ensuite appliqué la méthode IPC à la simulation de la nage. Dans un premier temps, le solveur 2D a été couplé avec un algorithme d'optimisation mathématique afin de déterminer la loi de nage optimale pour une géométrie de poisson donnée. Puis, dans un second temps, nous avons simulé la nage 3D après reconstruction approchée de la géométrie, basée sur des images du nageur. Enfin, grâce à l'outil du squelette, une reconstruction réaliste du poisson est proposée. / The aim of this thesis is to investigate the modeling of fluid-structure interactions. The fluid is viscous and incompressible, and the structure is subject to an imposed deformation. After a survey of the different existing approachs to model fluid-structure interactions, we introduce a new immersed boundary method: the IPC method (”Image Point Correction”). This ap-proach merges Ghost-Cell and Penalty concepts. It is globally and locally second order in velocity, and it is validated through several canonical simulations. Then, we apply the IPC method to fish-like swimming. First, the 2D solver is paired up with a mathematical optimization algorithm to determine the optimal swimming law for a given fish geometry. Secondly, we simulate a 3D swimmer after performing an approximated reconstruction of the geometry based on actual fish pictures. Finally, thanks to the skeleton approach, a realistic reconstruction of the fish is exposed.

Le crawl est actuellement la nage utilisée lors des épreuves de nage libre durant les compétitions de natation aux différentes allures de nage (sprint, demi-fond et fond). Les bras sont les segments corporels qui participent le plus à la propulsion. Les accélérations de ces segments, dans le milieu fluide au repos, génèrent un écoulement complexe qui est à l'origine des forces hydrodynamiques propulsives. L'analyse de cet écoulement est nécessaire pour en comprendre les principaux mécanismes. Dans ce cadre, des « paramètres cinématiques d'écoulement » (vitesse, accélération et orientation de la main, angles d'attaque et de sweepback) ont été définis afin d'analyser et comparer les différentes organisations gestuelles des nageurs et de leurs effets sur la propulsion. Deux des principaux axes d'investigation étaient de vérifier si ces paramètres variaient en fonction de l'allure, et aussi de déterminer quels paramètres cinématiques étaient les plus prépondérants dans la génération des mécanismes propulsifs. Pour cela, un système opto-électronique d'analyse cinématique, a permis de mesurer ces paramètres sur 17 nageurs experts. Par ailleurs, l'écoulement généré par le trajet des bras aux différentes allures a été simulé par résolution numérique instationnaire des équations de Navier-Stokes. Enfin, des mesures expérimentales d'effort ont été faites en nage attachée afin de connaître les forces propulsives.Il apparaît que l'augmentation de l'allure de nage peut davantage s'expliquer par la diminution des durées des phases non propulsives (entrée et allongement) plutôt que par l'augmentation des forces durant les phases les plus propulsives (balayages interne et externe). / Front crawl is a swimming stroke used at swimming competitions at freestyle different paces (sprint, middle distance and long distance). Propulsion in this stroke is achieved primarily by the forearm and hand. Accelerations of these segments, in a fluid at rest, generate complex flow that causes propulsive hydrodynamic forces. Analysis of this flow is necessary to understand the main mechanisms of propulsion. In this context, the "kinematic flow parameters" (velocity, acceleration and orientation of the hand, angles of attack and sweepback) have been defined to analyze and compare the different arm motions and their effects on propulsion. Two of the main axes of this investigation were to determine whether these parameters vary depending on the pace, and also to determine what kinematic parameters were most prominent in the generation of propulsive mechanisms. To this end, an optoelectronic system of motion capture was used to measure these parameters on 17 expert swimmers in free swimming. Furthermore, the flow generated by the experimentally acquired arm trajectory, at different swimming paces, was simulated by an unsteady numerical solution of the Navier-Stokes equations. Finally, tethered swimming experiments were carried out to measure the propulsive forces.The increase in forward velocity by increasing swimming pace can be explained by lower durations of non propulsive phases (entry and stretch) rather than by the generation of higher forces during the most propulsive phases (insweep and upsweep).

Lors de catastrophes pétrolières, l’utilisation de dispersant est une stratégie de lutte qui permet le transfert de la nappe de pétrole de la surface vers la colonne d’eau, sous forme de gouttelettes d’hydrocarbure. En milieu côtier, la dispersion d’une nappe de pétrole est une mesure controversée car la faible profondeur de la colonne d’eau ne permet pas une dissémination rapide des gouttelettes d’hydrocarbure et expose ainsi les écosystèmes aquatiques à de fortes concentrations de contaminant. Afin d’évaluer la toxicité de l’application de dispersant en zones côtières, une approche expérimentale a été menée chez des juvéniles de Liza sp. en considérant trois scenarii : (i) la dispersion mécanique de la nappe simulant une dispersion naturelle due aux conditions météorologiques ; (ii) la dispersion chimique de la nappe simulant l’application de dispersant ; (iii) l’absence de dispersion de la nappe simulant son confinement avant récupération. La toxicité de chaque condition a été évaluée au travers d’une mesure de la mortalité sur un groupe d’individu, par l’estimation des performances de nage et de la capacité métabolique au niveau de l’organisme, et par une approche multimarqueur au niveau de l’organe.La comparaison entre une nappe de pétrole non dispersée et une nappe de pétrole dispersée chimiquement montre que l’application de dispersant entraine une augmentation des phénomènes de mortalité et une diminution, au niveau hépatique et branchial, des capacités de défense contre les xénobiotiques. A l’inverse, la comparaison entre une nappe de pétrole dispersée mécaniquement et chimiquement montre que, lorsque l’agitation de la mer est importante, l’application de dispersant ne semble pas potentialiser la toxicité du pétrole.Ces résultats suggèrent que (i) la récupération de la nappe de pétrole devrait être considérée comme une technique de lutte prioritaire sur l’utilisation de dispersant ; (ii) l’application de dispersant pourrait être considérée lors de conditions météorologique appropriées. / Dispersant application is an oil spill response technique which accelerates the dispersion of petroleum from the sea surface into the water column by inducing the formation of oil droplets. In coastal areas this response technique is controversial since the low water depth reduces the dissemination of oil droplets and by the way increases the exposure of aquatic ecosystems to petroleum. To evaluate the toxicity of dispersant application in nearshore areas, an experimental approach was conducted. Juvenile of Liza sp. were exposed to three scenarios of contamination: (i) to chemically dispersed oil - simulating, in vivo, dispersant application ; (ii) to mechanically dispersed oil - simulating, in vivo, natural dispersion due to meteorological conditions ; (iii) to an undispersed oil slick simulating, in vivo, oil slick confinement as a response technique. Toxicity of each condition of exposure was evaluated through the mortality upon a group of individuals, through the swimming performance and the metabolic scope at the organism level, and through the measurement of biomarkers at the organ level.Comparison between an undispersed oil slick and a chemically dispersed oil slick shows that dispersant application induces an increase of the mortality and decreases the ability of the animal to cope with environmental contaminants (deduced from gill and liver total glutathione rate). Conversely, comparison between both a mechanically and a chemically dispersed oil slick, suggests that, when sea water is under mixing processes, dispersant application does not enhance petroleum toxicity. Taken together these results suggest that (i) an oil slick must not be dispersed when recovery can be conducted; (ii) dispersant application could be considered as a response technique when meteorological conditions are appropriated.

La croissance de la population humaine et l'intensification des activités associées exercent une pression considérable sur les écosystèmes marins côtiers. Afin d’évaluer l’impact des activités humaines sur ces écosystèmes, des efforts considérables ont été consacrés au développement de biomarqueurs. En dépit d'un potentiel pour une large gamme d'applications, les biomarqueurs les plus couramment utilisés ciblent des effets situés à des niveaux organisationnels faibles (molécules, cellules ou tissus) et très peu sont susceptibles d'indiquer des impacts sur des niveaux organisationnels supérieurs (organisme, population, écosystème). Or, ces derniers sont d'une pertinence considérable pour les activités humaines, l'économie et le bien-être. Ils sont en effet le résultat intégratif de l'histoire environnementale d'un organisme et, en même temps, ils reflètent leur vulnérabilité et leur résilience aux changements de leurs conditions de vie. Cette opinion a été corroborée par la révision récente du concept de santé animale qui dorénavant, intègre les effets latents des conditions de vie antérieures, les conséquences des expositions et des expériences passées, ainsi que les conséquences du cumul de ces effets. L’utilisation conjointe des marqueurs de hauts niveaux organisationnels et du concept de santé pourrait donc aider à fournir des informations écologiquement pertinentes grâce à l’utilisation de biomarqueurs. Dans ce contexte, les objectifs de ma thèse étaient 1) de développer une méthodologie pour évaluer la santé des poissons, 2) d'étudier les mécanismes sous-jacents des performances mesurées et 3) de vérifier l’applicabilité de cette approche à de nombreux contextes en s’appuyant sur deux études de cas. Au cours de ces recherches, nous avons démontré que la tolérance à l'hypoxie, la sensibilité à la température et les performances de nage sont des biomarqueurs fiables de la santé des poissons. Leurs réponses sont en effet stables dans le temps, prédictives de la survie des poissons dans leur milieu naturel et sensibles à une exposition à un polluant. De plus, l'application de cette méthodologie à des études de cas a démontré que notre approche est généralisable à différents contextes et qu'elle fournit des informations opérationnelles facilement transférables aux secteurs socio-économiques et au grand public. / Growth of human population and associated intensification of human activities is putting considerable pressure on coastal marine ecosystems. To assess anthropogenic impact on these ecosystems, substantial efforts have been devoted to the development of biomarkers. Despite a potential for a broad application range, most commonly used biomarkers target effects at sub-organismal organizational level (molecules, cells or tissues) and very few are liable to indicate impacts at organism or higher organizational levels. On the other hand, although too far removed from causal events to constitute early warning signals of environmental stress, high-level organizational biomarkers are of considerable relevance to human activities, economy and well-being. They are indeed the integrative result of the environmental history of an organism and, at the same time, reflect their vulnerability and resilience to changes in their living conditions. This view is corroborated by the recent revision of the concept of animal health, which nowadays incorporates the latent effects of past living conditions, the consequences of past exposures and experiences and the cumulative consequences of these effects. The joint use of high organizational levels markers and the concept of health could help overcome the failure of current biomarkers to provide ecologically relevant information. In this context, the objectives of my thesis were 1) to develop a methodology to assess fish health; 2) to investigate the underlying mechanisms and confounding factors of the performances measured and 3) to verify the applicability of our approach through two case studies.Throughout these researches, we demonstrated that hypoxia tolerance, temperature susceptibility and swimming performances are promising biomarkers of fish health. Their responses are stable over time, predictive of fish survival in the field and sensitive to an exposure to dispersant-treated oil. Also, application of this methodology to case studies demonstrated that our approach is generalizable to different contexts and that it provides operational information easily transferable to socio-economic sectors and general public.

Nous étudions la dynamique de nage de bactéries Escherichia coli dans différents environnements. Leur mouvement 3D est déterminé au moyen d'un système de suivi Lagrangien 3D automatisé pour suivre des objets fluorescents que nous avons développé. Les bactéries étudiées avec ce système présentent une dispersion du coefficient de diffusion rotationnel particulièrement large, ce qui contredit la vision communément admise de la dynamique "run-and-tumble" qui a été établie pour une bactérie qui nage. Ce résultat est interprété comme une conséquence de la distribution en loi de puissance des temps de "run" expérimentaux d'un flagelle individuel, qui jusqu'alors restait indépendant de la description cinématique. Dans des écoulements confinés, la migration vers l'amont d'E. coli sur les bords reste possible pour des taux de cisaillement bien plus grands que ceux de la surface plane. La vitesse des bactéries sur les bords n'est pas influencée par l'écoulement advectif. Le mouvement vers l'amont a lieu près des parois dans une "couche limite" dont la taille varie avec le taux de cisaillement imposé. La migration vers l'amont sous écoulement et persistance de direction se combinent lors du processus de contamination. Nous montrons que les bactéries peuvent contaminer des régions propres par nage vers l'amont dans des environnements confinés.Un modèle simple, qui prend en compte la statistique de rotation du moteur, décrit de manière satisfaisante les principales caractéristiques du processus de contamination, en faisant l'hypothèse d'une distribution en loi de puissance des temps de “run”. Le modèle échoue à reproduire la dynamique quanlitative lorsque l'on prend en compte la distribution classique de run-and-tumble. Nous en concluons que le transport macroscopique de bactéries est déterminé pour la statistique de rotation du moteur. / We present a study of the swimming dynamics of Escherichia coli bacteria in different physical conditions. Their 3D motion is assessed by means of a device for automated 3D Lagrangian tracking of fluorescent objects, that we developed for that purpose. Bacteria studied in that way display consistently large dispersion of the rotational diffusion coefficient, contradicting the standard vision of run-and-tumble dynamics established for an adapted bacterium. The result is interpreted as a consequence of the power law distribution of run times experimentally found for individual flagella, that up to now remained uncoupled with the motility description.We also study the bacterial swimming in polymeric suspensions, as well as in more concentrated active suspensions.In confined flows, upstream migration of E. coli at the edges remains possible at much larger flow rates compared to the motion at the flat surfaces. The bacteria speed at the edges is not influenced by the advective flow. Upstream motion takes place close to the edges in an “edge boundary layer” whose size varies with the applied flow rate. Upstream migration under flow and direction persistence combine during contamination processes. We show that bacteria can contaminate clean regions by upstream swimming in confined environments. A simple model considering the motor rotation statistics describes well the main features of the contamination process, assuming a power law distribution of run times. The model fails to reproduce the qualitative dynamics when the classical run-and-tumble distribution is determined by the motor rotation statistics.

Les organismes cybrides souffrent généralement d'une altération de la spécificité des interactions mito-nucléaires, résultant en une détérioration du phénotype. Toutefois, diverses études démontrent que le transfert de mitochondries peut occasionnellement être positif. À l'heure actuelle, de nombreuses questions demeurent quant au degré d'influence de ces transferts sur les différents niveaux d'organisation du phénotype. Afin de répondre à ces questions, les formes sauvages et cybrides du poisson Chrosomus eos sont étudiées. Ainsi, le premier volet de ce projet de recherche démontre un impact des mitochondries Chrosomus neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype des poissons C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont retrouvées en allopatrie. Le deuxième volet de cette thèse révèle, quant à lui, que ces modifications phénotypiques ne sont pas suffisantes pour induire un évènement de spéciation entre les deux biotypes, lorsqu'en sympatrie. De plus, cette étude suggère que la coévolution mito-nucléaire peut ne pas être une condition sine qua non à la perpétuation des individus en milieu naturel. Finalement, l'approche holistique considérée dans le troisième volet de cette recherche atteste de l'influence des mitochondries C. neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype de C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont sympatriques. Cette influence est moins prononcée que celle observée à partir de biotypes allopatriques. Combinés, ces chapitres contribuent à une meilleure compréhension des liens existant entre les mitochondries et le phénotype d'un individu. / Cybrid organisms generally suffer from a disruption of the mito-nuclear interactions specificity, resulting in a phenotype deterioration. However, several studies demonstrate that between-species transfers of mitochondria can occasionally be beneficial. Currently, many questions still remain about how much these transfers can impact the various biological organisation levels of the phenotype. To address these questions, Chrosomus eos wild type and cybrids fish are considered. Thus, the first part of this research project demonstrates that Chrosomus neogaeus mitochondria impact the C. eos phenotype, at various levels of biological organisation, when wild type and cybrids are found in allopatry. On the other hand, the second part of this thesis reveals that these phenotypic modifications cannot trigger a speciation event between the two sympatric biotypes. This study also suggests that mito-nuclear coevolution would not be a sine qua non condition to survive and perform in natural environments. Finally, the holistic approach considered in the third part of this research shows that C. neogaeus mitochondria influence various levels of C. eos phenotype, when wild type and cybrids are sympatric. The magnitude of this influence is less pronounced than the one observed from allopatric biotypes. Combined, all these parts contribute to a better understanding of the links existing between mitochondria and the phenotype of an individual.

L’anthropisation croissante des zones côtières induit le rejet dans les écosystèmes aquatiques d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). En plus de la concentration et de la voie de contamination considérées, leurs effets dépendent du stade de développement de l’organisme. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude était d’évaluer les effets d’une contamination par voie trophique à des concentrations sublétales de HAP sur une espèce modèle, le poisson zèbre Danio rerio. Deux types de mélanges de HAP, pyrolytique et pétrogénique, représentatifs de ce qui est rencontré en milieu contaminé ont été testés via des expositions chroniques. Au niveau individuel, les réponses biologiques ont été évaluées au travers de performances physiologiques considérées comme des mesures indirectes de la fitness : la capacité métabolique aérobie, les performances de nage et la réponse de fuite. A l’échelle sub-individuelle, l’exposition aux HAP a été évaluée sur le cœur via la mesure du rythme cardiaque. Ces paramètres biologiques ont été mesurés (i) à différents temps d’exposition des poissons ainsi que (ii) sur leur descendance dans le but d’évaluer l’effet parental de la contamination. Les résultats mettent en évidence une diminution de la capacité métabolique aérobie chez la descendance de poissons contaminés aux HAP d’origine pyrolytique. Chez les poissons adultes directement exposés aux HAP de type pétrogénique, une réduction de la capacité métabolique a également été observée, associée à une réduction de la vitesse de nage critique. Cette étude contribuera à établir une vision globale des effets de l’exposition aux HAP et à mieux comprendre les mécanismes régulant des fonctions biologiques clés dans la survie d’un organisme tout au long de son cycle de vie. / The increase of anthropogenic activities on coastal areas induces discharges of polycyclic aromatic hydrocarbons in aquatic ecosystem. PAHs effects depend on their concentration and the way of contamination, but also on the different developmental stages of the organism. In this context, the aim of our study was to observe the effects of an exposure to two PAHs mixes, pyrolytic and petrogenic, on the model species zebrafish Danio rerio. These chronicle exposures at sub-lethal concentrations were representative of contaminated areas. Biological responses of fish were estimated at individual levels through the assessment of aerobic metabolic scope, swimming and escape performance, which are considered to be relevant indirect measures of the fitness. Furthermore, measurements of cardiac frequency allowed observing PAHs impairments at sub-individual levels. These physiological performances were estimated (i) a several times of exposure (i.e. from 2-months juveniles to 6-months adults) and (ii) on their progeny, in order to observe parental effect of the PAHs exposure. An increase of aerobic metabolic scope was observed on the progeny of fish contaminated by pyrolytic mix. Regarding petrogenic PAHs exposure, the increase of aerobic metabolic scope was associated to increase of critical swimming speed in adults. This study will contribute to establishing a global vision of PAHs exposure impairments and to a better understanding of the regulating mechanisms of the main biological functions on which organism survival depends.

L’océan austral est un écosystème fragile dont la dynamique est influencée par des variations climatiques qui vont structurer la distribution spatio-temporelle des ressources. L’objectif de cette thèse était d’étudier les stratégies d’acquisition des ressources en proies mises en place par l’éléphant de mer austral face aux contraintes énergétiques (coûts du transport et coûts d’accès à la ressource) et temporelles (temps passé au fond d’une plongée et limite de plongée aérobie) auxquelles il est soumis. L’utilisation d’un ensemble d’enregistreurs de données déployés sur ces animaux a permis de reconstruire en trois dimensions leur plongée, mais également de calculer leur effort de nage, le nombre de proies rencontrées ainsi que leur dépense énergétique. Notre étude montre qu’à l’échelle d’une plongée, les éléphants de mer adaptent leur trajectoire, mais également le temps qu’ils passent au fond, en fonction du nombre de proies rencontrées. Pour des densités locales de proie importantes, ils passent plus de temps au fond, et concentrent leur recherche en zone restreinte, caractérisée par une diminution de la vitesse et une augmentation de la sinuosité horizontale. Au-delà de 550 m, le coût d’accès aux ressources devient supérieur aux coûts d’acquisition ; ils doivent alors faire face à un compromis entre l’accessibilité et la disponibilité en proies. À mesure qu’ils s’alimentent, ces phoques augmentent leur flottabilité, diminuant de surcroît leur dépense énergétique. Cette étude démontre également une structuration spatio-temporelle de cette dépense énergétique qui semble être liée au succès d’alimentation et donc à la distribution des ressources en proies. / The Southern Ocean is a fragile ecosystem whose dynamics are influenced by climate change that will structure the spatio-temporal distribution of resources. The objective of this PhD was to investigate the foraging strategies used by the southern elephant seal, under energetic (cost of transport and costs of access to the resource) and temporal (time at the bottom of a dive and aerobic dive limit) constraints. Using a set of animal-borne data loggers allowed us to reconstruct their three-dimensional path underwater, but also to calculate their swimming effort, the number of prey encountered and their energy expenditure. At the dive level, our study shows that elephant seals adapt their path, but also the time spent at the bottom, depending on the number of prey encountered. For high local prey density, they spent more time at the bottom, and concentrated their foraging effort in areas restricted search, characterized by a decrease in speed and an increase in horizontal sinuosity. Beyond 550 m, the cost of access to resources becomes greater than the cost of acquisition ; they must therefore deal with a trade-off between prey accessibility and availability. While feeding, these seals increase their buoyancy, reducing furthermore their energy expenditure. This study also shows a spatio-temporal structure of the energy expenditure that appears to be related to feeding success and therefore to prey resources distribution.

Le modèle bioénergétique de P.E. di PRAMPERO permet d'expliquer la performance dans les disciplines de locomotion (course à pied, cyclisme, natation, ...) à partir d'une puissance métabolique et d'un indice de la dépense d'énergie par unité de distance parcourue. Néanmoins, pour les épreuves de natation de haute intensité telles que le 100m crawl, le contexte environnemental rend l'estimation de la puissance métabolique d'origine aérobie techniquement difficile. L'objectif de cette thèse est alors de proposer une nouvelle approche des réponses aérobies d'un 100-m nage libre, réalisé dans des conditions les plus proches possible d'une compétition. Le travail expérimental a porté sur des nageurs entraînés. Dans un bassin de 25-m, la procédure propose que les nageurs réalisent une performance sur 100-m nage libre à allure de compétition et trois épreuves (25m, 50m, 75m) réitérant les mêmes allures intermédiaires que celles du 100-m. VO2 est mesuré avant et juste après chaque épreuve, pendant 1min, par rétro-extrapolation. Les valeurs de VO2 mesurées à la fin des épreuves de 25m, 50m, 75m et 100m permettent de reconstruire la cinétique de VO2 d'une épreuve de 100-m. Les résultats contrastent avec les estimations des cinétiques de VO2 publiées précédemment : VO2 augmente plus vite dans la première moitié de l'épreuve (à 50m, VO2 ≈ 94%VO2max), atteint 100 %VO2max au 75ème mètre de l'épreuve puis chute de 7% sur le dernier 25-m. Une estimation de la contribution relative du métabolisme aérobie montre également des valeurs plus importantes que celles publiées jusqu'à ce jour, du fait de l'atteinte précoce de VO2max en cours d'épreuve. / The bioenergetic model proposed by P.E. di PRAMPERO explains performance in most human locomotions (running, cycling, swimming, ...) using indexes of metabolic power and energy cost of locomotion. Nevertheless, for 100-m front crawl events, environmental conditions make the aerobic power measurement difficult. The main purpose of this thesis is therefore to propose a new procedure to estimate aerobic responses during a 100-m front crawl event, performed in competition conditions. Trained swimmers participated to this study. In a 25-m swimming pool, the procedure includes a 100-m front crawl performance in competition conditions, and then, three tests (25-m, 50-m, 75-m) following the pacing strategy of the 100-m event. VO2 is not measured during the tests, but before and just at the end of each test with a breath-by-breath method. Each post-test VO2 (after 25m, 50m, 75m and 100m) allows to reconstruct the VO2 kinetics of the 100-m performance. The results differ from previous studies in that VO2 increases faster in the first half of the race (at 50m, VO2 ± 94%VO2max), reaches VO2max at the 75th meter; then a decrease in VO2 corresponding to 7% of VO2max appears during the last 25m. The estimation of aerobic contribution shows higher values than those previously published, because VO2max is reached very early during the race.