O estudo do potencial biológico do ecossistema florestal torna-se essencial quando o objetivo é o seu manejo racional, visando a maximização da produtividade, e evitando-se a exaustão dos recursos do sítio florestal. Na área florestal é comum a aplicação de modelos que projetam o futuro do povoamento, pois desta forma pode-se tomar as decisões apropriadas a cerca do manejo a ser seguido. Dentre outros modelos, o 3-PG foi testado para inúmeras espécies florestais e em diversas condições edafoclimáticas, e tem sido reportado, por unanimidade, como uma poderosa ferramenta para auxiliar o manejo de povoamentos florestais. O objetivo desse estudo foi: calibrar, validar e simular a produtividade de plantações clonais de Eucalyptus com o uso do modelo 3-PG integrado a um sistema de informações geográficas. Foram selecionadas 20 parcelas de inventário que continham o material genético C219H (Eucalyptus grandis x E. urophylla) plantados no mesmo espaçamento de 3 x 3m e de mesma idade, com data de plantio no ano 2000, na região de Capão Bonito, sul do estado de São Paulo. Em cada parcela foram realizadas avaliações edáficas, dendrométricas e nutricionais em três árvores médias. A incorporação das características do relevo apresentou diferença no mapeamento da radiação global, principalmente no inverno, onde os efeitos do relevo foram elevados, apresentando diferenças de até 147%, em relação ao relevo plano. O número de geadas mensais foi determinado pela temperatura média mínima mensal, aprensentando uma relação linear negativa. A maioria das variáveis de solos analisadas aproximou-se da distribuição lognormal de freqüências. Na análise geoestatística, as variáveis relacionadas à fertilidade do solo apresentaram maiores alcances de dependência espacial no horizonte A, indicando que há maior homogeneidade na distribuição dos nutrientes na camada superficial do solo. A CTCefetiva apresentou relação exponencial positiva com o volume de madeira. Paralela a essa curva, foi proposta uma equação relacionando o índice de fertilidade do modelo 3-PGIS e esse atributo do solo. O teor de argila exerceu forte influência sobre os teores de água na capacidade de campo e no ponto de murcha permanente, por conseguinte, na disponibilidade de água dos solos. A máxima biomassa de fuste, encontrada nos povoamentos florestais manejados com elevado padrão tecnológico, relacionou-se diretamente com o teor argila+silte. Essa mesma propriedade do solo, exerceu influência na densidade da madeira. Sítios de maiores produtividades, por conseguinte, de maior teor de argila+silte, resultaram em árvores de menor densidade básica. Os teores foliares de N, Mg, Cu e Zn, aumentaram exponencialmente com o teor de argila, da mesma forma que o DAP e a biomassa de folhas. Por outro lado, os teores foliares de P, K, Ca, S, B, Fe e Mn apresentaram relação oposta, decresceram exponencialmente nos solos mais argilosos. Foi obtida a calibração, a validação e aplicação do modelo 3-PGIS nas condições edafoclimáticas de Capão Bonito em povoamentos clonais do material genético C219H. No geral, o modelo 3-PGIS, apresentou bom desempenho, principalmente nas estimativas do volume de lenho com casca e da biomassa de fuste. As simulações do DAP e do IMA foram mais dispersas. / The study of the biological potential of forest ecosystems become essential when the objective is rational management, aiming productivity maximization, and avoiding resource exhaustion of the forest site. Forest sector usually apply models to simulate the future of the stand, aiming make appropriated decisions regarding the management to be followed. Among other models, 3-PG was tested for several forest species across different edaphoclimatic conditions, and has been reported unanimously, as a powerful tool to help on forest stands management. The objective of this study was: calibrate, validate and simulate productivity of clonal Eucalyptus plantations using 3-PG model integrated with a geographical information system. Twenty inventory plots were selected containing genetic material C219H (Eucalyptus grandis x E. urophylla) planted on spacing 3 x 3m, even aged, with planting date at 2000, Capão Bonito region, south of São Paulo state. On each plot were evaluated edaphic, dendrometric and nutritional variables on three average trees. Incorporation of relief characteristics resulted in differences on global radiation mapping, mainly during winter, where the effects of relief were elevated, showing up to 147% comparing to flat relief. Number of frosts per month was determined by monthly mean minimum temperature, with a negative linear relation. Most of soil variables evaluated showed a log-normal frequency distribution. At geostatistical analysis, variables related to soil fertility presented higher reaches of spatial dependency at A horizon, indicating higher homogeneity on nutrient distribution at superficial soil layer. The effective CEC showed positive exponential relation with wood volume. Parallel to that curve, we proposed an equation relating the fertility index of 3-PGIS and that soil attribute. Clay content showed strong influence on water levels at field capacity and wilting point, and as consequence, on soil water availability. Stem maximum biomass, observed on forest stands, managed with high technological standards, related directly with clay+silt contents. Same soil property affected wood density. High productivity sites, as consequence, with higher clay+silt contents, resulted in trees with lower wood density. Leaf level of N, Mg, Cu and Zn increased exponentially with clay content, like DBH and foliage biomass. Otherwise, leaf level of P, K, Ca, S, B, Fe and Mn showed opposite relation, decreasing exponentially on clayey soils. Calibration, validation and application of 3-PGIS were obtained for Capão Bonito edaphoclimatic conditions, on clonal stands of the genetic material C219H. Overall, 3- PGIS model showed good performance, mainly on estimative of stem plus bark volume and stem biomass. Simulations of DBH and MAI were dispersing.

Conscients de la raréfaction progressive et l’augmentation continue du coût du pétrole et aussi des volumes importants des tensioactifs produits et éliminés chaque année, l’industrie chimique s’intéresse de plus en plus aux ressources issues de la biomasse. Cependant, dans le marché européen des tensioactifs, la part des produits d’origine végétale par rapport aux dérivés pétrochimiques est estimée à seulement 20%. Compte-tenu de ces enjeux, de nouvelles stratégies de synthèse pour produire des tensioactifs ayant des structures originales issus d’agro-ressources sont nécessaires. Dans le cadre d’une collaboration de recherche, l’ITERG (Pessac) et l’ICBMS (équipe COB-INSA) de Lyon se sont associées pour développer la synthèse de nouveaux glycolipides amphiphiles obtenus par fonctionnalisation d’huiles végétales époxydées. Les enjeux synthétiques ont concerné la compétition entre les deux fonctions réactives des huiles époxydées (ester et époxyde) et la multifonctionnalité des sucres et autres polyols utilisés comme substrats nucléophiles. Plusieurs séries de composés originaux ont été préparées, et leurs propriétés physico-chimiques ont été évaluées en regard des applications industrielles visées. Parmi les produits synthétisés, quelques uns ont également été évalués en tant que monomères biosourcés. / Aware of the irreversible scarcity and graving increase in oil prices, as well as large amounts of surfactants produced and disposed of each year, the chemical industry more and more focuses on resources from biomass. However in Europe, plant derived from plants only represent 20%. New strategies to produce surfactants with novel structures derived produced of the surfactants from agricultural resources are thus synthetic challenges.. As part of a research collaboration, ITERG (Pessac) and ICBMS (COB-INSA in Lyon) have joined forces to develop the synthesis of new amphiphilic glycolipids obtained by functionalization of epoxidized vegetable oils. Synthetic issues concerned the competition between the two reactive groups of epoxidized oils (ester and oxirane) and multifunctionality of sugars and other polyols used as nucleophilic substrates. Several series of novel compounds were prepared and their physicochemical properties were assessed for targeted industrial applications. Among the synthesized products, some were also evaluated as biobased monomers.

Dans l'industrie, les poudres de carbure de silicium (SiC) sont élaborées principalement par le procédé Acheson. Durant ce procédé multi-étapes, les poudres subissent diverses opérations pouvant être à l'origine de la dissémination de poussières inhalables dans l'environnement de travail. Jusqu'à présent, la toxicité des poudres de SiC n'a été que très peu étudiée avec des résultats contradictoires soulignant l'intérêt d'évaluer l'activité biologique de poudres de SiC par une approche pluridisciplinaire. Dans une première partie, l'activité biologique de poudres de SiC produites industriellement par le procédé Acheson a été évaluée. Par suite, des modifications de la surface de ces particules par le biais de traitements thermiques oxydants ont permis de mettre en évidence l'influence de la surface des particules dans la réponse cellulaire. Pour finir et compléter l'étude, nous avons étendu le sujet au cas des nanoparticules de SiC, synthétisées par pyrolyse laser et voie sol-gel.<br />Pour évaluer l'activité biologique des particules de SiC, des tests In Vitro sur des macrophages de culture (RAW 264.7) ont été réalisés en étudiant différents domaines de la réponse cellulaire (état d'inflammation, mort cellulaire, stress oxydant) en relation avec les propriétés physico-chimiques des particules (taille, surface, morphologie, structure cristallographique, chimie, état de surface, activité radicalaire).<br />Les résultats, illustrés suivant un modèle vecteur, soulignent que les particules industrielles de SiC sont principalement caractérisées par une activité modérée de l'état inflammatoire, aucun effet cytotoxique et un impact significatif sur le stress oxydant. Des différences en fonction de la taille des particules ont été observées ainsi qu'une forte capacité des particules à générer directement des radicaux libres (HO•, COO•-). Après modification de la surface des particules par traitement thermique oxydant, la réponse cellulaire se caractérise par une forte augmentation de l'état d'inflammation et de la cytotoxicité. Enfin, un stress oxydant significatif est observé avec les nanoparticules de SiC, bien supérieur à celui observé avec les particules industrielles de SiC.

L'étude d'une structure de protéine issue d'un gène de fonction inconnue est une manière d'appréhender les mécanismes biochimiques dans lesquels elle est impliquée. L'amélioration des méthodes de résolution des structures de macromolécules a contribué à l'augmentation quadratique du nombre de structures disponibles. La fonction d'une protéine se définit par ces interactions avec des partenaires spécifiques qui sont la base des mécanismes biologiques majeurs. La détection et la comparaison de surfaces d'interaction sont ainsi des étapes essentielles pour annoter fonctionnellement les protéines, et surtout dans le cadre de l'élaboration de nouveaux médicaments.<br />Le logiciel SuMo et son produit dérivé à vocation industrielle MED-SuMo représentent une des premières approches utilisant la position relative des groupements chimiques fonctionnels élémentaires disponibles à la surface des protéines, pour comparer les surfaces d'interaction. Mon travail de thèse a été basé sur trois points: (1) Optimisation du logiciel MED-SuMo et mise en évidence de son intérêt pour l'annotation fonctionnelle de protéines hypothétiques aux travers de deux applications (protéines TM1012 et YBL036C). (2) Développement et implémentation d'une nouvelle méthode de classification des surfaces d'interaction des protéines: MED-SMA. Deux applications ont été réalisées et pour chacune d'elle, MED-SMA rassemble dans les mêmes groupes des sites détectés pour fixer des types équivalents de molécules. (3) Participation au développement d'une nouvelle méthode de conception de molécules actives de novo combinant la détection MED-SuMo de similitudes locales des surfaces des protéines avec une approche fragmentale.

Cette étude a pour but de contribuer aux travaux menés jusqu'ici pour déterminer la composition chimique de la surface du satellite Io. A cette fin, nous avons choisi d'allier modélisation thermochimique des gaz volcaniques ioniens et étude expérimentale spectroscopique et chimique de molécules condensées à basse température. <br />Ainsi, la modélisation thermochimique appliquée au volcanisme ionien permet de suivre le refroidissement des gaz volcaniques émis et met en évidence les séquences de condensation de certaines molécules.<br />A l'issue de cette première partie de l'étude, le monoxyde de disoufre, S2O, apparaissant comme gaz majeur émis par les volcans, est sélectionné pour une étude expérimentale détaillée. Il s'agit là de reproduire en laboratoire la condensation à basse température d'un gaz chargé de S2O et de suivre par spectroscopie infrarouge, son évolution physico-chimique et sa polymérisation, dans des conditions de température, de pression, de mélange avec SO2 et d'irradiation solaire, imitant au mieux celles qui règnent à la surface de Io. Les expériences menées permettent d'approfondir les connaissances chimiques que l'on avait jusque là de S2O et du mécanisme de sa polymérisation en oxyde de polysoufre ainsi que de la structure de ce dernier. De plus, elles conduisent à rejeter la possibilité d'attribuer la couleur rouge de certains dépôts volcaniques à la condensation de S2O à la surface de Io et amènent à penser que cette dernière est très probablement majoritairement composée de dioxyde de soufre et d'un mélange de soufre S8 et de polymère de soufre, auxquels de l'oxyde de polysoufre s'adjoint en plus faible quantité.

Le principal objectif de cette thèse était de mieux comprendre l'importance des Substances Polymériques Extracellulaires (SPE) dans la structuration et la formation des biofilms benthiques ; tout en s'inscrivant dans une étude plus globale des mécanismes écologiques impliqués dans le fonctionnement des vasières intertidales. La mise au point des dosages biochimiques a été effectuée sur le mucilage de l'algue Chaetomorpha aerea et a permis en parallèle de purifier un polysaccharide sulfaté riche en galactose, présentant une activité bactéricide sélective contre la souche Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Les études biochimiques et écologiques menées sur les SPE extraits de la vasière charentaise ont ensuite permis de quantifier leur dynamique de production et leur composition, en fonction des conditions environnementales. La présence de désoxy-sucres et d'acides uroniques au sein des SPE capsulaires a laissé supposer que ces fractions jouaient un rôle important dans la formation et le devenir du biofilm microphytobenthique. La dernière partie des travaux a permis de caractériser les propriétés acide/base de Lewis et hydrophile/hydrophobe de la surface de la micro-algue Navicula jeffreyi, impliquée dans la formation de biofilms benthiques, par des méthodes classiques d'analyse. L'utilisation d'une nouvelle méthode, la Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI), a permis d'obtenir des résultats intéressants et relativement similaires, confirmant le caractère prometteur de la CGI pour l'étude des propriétés de surface des micro-organismes.

<p>The polychlorinated biphenyls (PCBs) comprise a group of 209 congeners varying in the number of chlorine atoms and substitution patterns. These compounds tend to be biomagnified in foodwebs and have been shown to induce an array of effects in exposed organisms. The structural characteristics of the PCBs influence their potency as well as mechanism of action. In order to assess the biological potency of these compounds a multi-step quantitative structure-activity relationship (QSAR) procedure was used in the project described in this thesis.</p><p>The ultraviolet absorption (UV) spectra were measured for all 209 PCBs, and digitised for use as physico-chemical descriptors. Interpretations of the spectra using principal component analysis (PCA) showed the number of ortho chlorine atoms and para-para substitution patterns to be significant. Additional physico-chemical descriptors were derived from semi-empirical calculations. These included various molecular energies, the ionisation potential, electron affinity, dipole moments, and the internal barrier of rotation. The internal barrier of rotation was especially useful for describing the conformation of the PCBs on a continuous scale.</p><p>In total 52 physico-chemical descriptors were compiled and analysed by PCA for the tetra- to hepta-chlorinated congeners. The structural variation within these compounds was condensed into four principal properties derived from a PCA for use as design variables in a statistical design to select congeners representative for these homologue-groups. The 20 selected PCBs have been applied to study structure-specific biochemical responses in a number of bioassays, and to study the biomagnification of the PCBs in various fish species.</p><p>QSARs were established using partial least squares projections to latent structures (PLS) for the PCBs potency to inhibit intercellular communication, activate respiratory burst, inhibit dopamine uptake in synaptic vesicles, compete with estradiol for binding to estrogen receptors, and induce cytochrome P4501A (CYP1A) related activities. By the systematic use of the designed set of PCBs the biological potency was screened over the chemical domain of the class of compounds. Further, sub-regions of highly potent PCBs were identified for each response measured. For risk assessment of the PCBs potency to induce dioxin-like activities the predicted induction potencies (PIPs) were calculated. In addition, two sets of PCBs were presented that specifically represent congeners of environmental relevance in combination with predicted potency to induce estrogenic and CYP1A related activities.</p>

La plaine alluviale du Rhône entre la Balme et Saint Genix-sur-Guiers, d'orientation Nord-Sud, se développe dans le prolongement septentrional du Bas-Dauphiné. Sa partie savoyarde est bordée à l'Ouest par le chainon mésozoïque calcaire du Mont Tournier (prolongement méridional du Jura) et au Sud-Ouest par les collines molassiques de Saint-Génix-sur-Guiers. Le remplissage alluvial, défini par l'étude géophysique et par les sondages mécaniques, est formé d'une forte épaisseur d'argiles lacustres que surmonte un réservoir aquifère, d'une dizaine de mètres d'épaisseur dont les paramètres hydrodynamiques (T,S,K) ont été estimés au moyen d'essais de pompage et des variations naturelles du niveau de la nappe. L'étude piezométrique permet de définir le comportement de la nappe alluviale dans les trois secteurs que délimite le Rhône. L'étude hydrodynamique et hydrochimique des émergences karstiques effectuée conjointement avec l'étude hydroclimatique du Mont Tournier permet d'envisager en raison d'un bilan hydrogéologique déficitaire, l'existence de pertes, non visibles, en liaison avec la nappe alluviale. Les eaux de la nappe de type bicarbonnaté calcique ont des caractéristiques chimiques influencées par leurs différents types d'alimentation: le Rhône, le massif karstique du Mont Tournier, les versants molassiques, le Guiers et par l'activité anthropique (nitrates d'origine agricole et chlorures desodium provenant de l'épandage sur les routes).

Les déficits chroniques en oxygène et l'eutrophisation, conséquence des nombreux apports résultant des activités humaines, ont été mes principales thématiques de recherche. En effet les déterminismes de ces phénomènes ou la quantification des relations de causes à effet restent mal connus. Ma méthode de travail se base sur le développement et l'utilisation de modèles mathématiques déterministes. Le nécessaire couplage avec des approches de terrain et en laboratoire a été rendu possible par mon intégration dans des programmes nationaux interdisciplinaires, PIREN SEINE et SEINE-AVAL. Le système étudié, la Seine, est un fleuve modeste pour lequel les impacts des activités humaines sont particulièrement importants. À la suite de ma thèse, mes recherches ont eu pour objectif de mieux comprendre les relations quantitatives entre les rejets urbains de temps de pluie (RUTPs) et les déficits en oxygène observés. Partant du constat que des modèles simplifiés étaient peu aptes à les caractériser, l'objectif a été d'analyser les processus responsables de ces déficits. Des mesures in situ ont été exploitées avec le modèle PROSE, développé pendant ma thèse, couplant un modèle hydrodynamique basé sur les équations de Saint-Venant avec le modèle de processus biochimiques RIVE et un modèle de transport sédimentaire en transitoire. Ainsi les déficits en oxygène immédiats sont déterminés par la charge en carbone organique dissous biodégradable (CODB) tandis que la fraction particulaire est responsable d'effets rémanents à grande échelle de temps (20 % du flux d'oxygène consommé en période estivale sur 50 km dans Paris). La mise en évidence de ce phénomène, dû aux dépôts riches en carbone organique en aval des RUTPs, est tout à fait originale. Par ailleurs une partie non négligeable du déficit en oxygène est due à la couverture nuageuse responsable d'une baisse de l'activité phytoplanctonique. Les observations montrent en outre que la fraction biodégradable du carbone organique dissous (COD) est anormalement élevée à l'amont de Paris (70 %). Le site atelier «rivières amont» du PIREN SEINE sur le Grand-Morin, nous a permis de montrer le rôle majeur de l'eutrophisation. Le résultat le plus original est que la contribution du périphyton aux flux de COD à l'exutoire du bassin est du même ordre de grandeur que les apports directs anthropiques et que le produit de la lyse du phytoplancton. La question de l'impact des rejets de l'agglomération parisienne m'a conduit à étendre mes travaux à l'estuaire dans le cadre du programme SEINE-AVAL. Ces rejets sont responsables de teneurs en carbone organique élevées dans les matières en suspension dans la zone du maximum de turbidité. Une modélisation spatialisée à l'aide du modèle SiAM3D-RIVE, a, en outre, permis de mettre en évidence des flux importants de carbone organique en provenance du milieu côtier. Les conséquences de ce phénomène sur le recyclage des éléments nutritifs et le développement de l'eutrophisation côtière doivent encore être étudiées. Le développement d'approches du fonctionnement biogéochimique des hydrosystèmes à l'échelle des bassins reste actuellement un enjeu. Pour caractériser l'évolution sur le long terme de la contamination des hydrosystèmes par les nitrates et comprendre les processus de transformation de cette variable, le modèle PROSE a été couplé à une représentation par SIG de l'occupation des sols, au modèle agronomique STICS (INRA) et à une modélisation multicouches des aquifères (modèle NEWSAM, Mines ParisTech). Le modèle couplé (CaWaQS) a été appliqué sur l'ensemble du bassin du Grand-Morin. Il a permis d'établir que les cours d'eau y sont alimentés, en moyenne et du point de vue hydrologique, à 20 % par l'Oligocène et à 80 % par l'Éocène. Les deux aquifères ont, par ailleurs, des concentrations moyennes en nitrates et des tendances d'évolution très différentes. La modélisation multicouches a permis de représenter explicitement le phénomène de contamination des cours d'eau par des aquifères ayant des niveaux de contamination différents ; ce phénomène est rarement pris en compte ce qui conduit à une mauvaise interprétation des observations et des processus. Finalement les pertes de nitrates par dénitrification ont été estimées à près de 20 % du flux de nitrate infiltré à partir de la zone sous-racinaire. Les recherches doivent se poursuivre pour spatialiser ces pertes. La chaîne de modèles SENEQUE (UMR SISYPHE)/PROSE/SiAM1D-RIVE (IFREMER/MINES PARISTECH)/ SiAM3D-ELISE (IFREMER) a par ailleurs été mise en oeuvre sur l'ensemble du bassin de la Seine afin de mettre en évidence les enjeux futurs de la gestion environnementale sur ce bassin. D'après les modèles, les désoxygénations chroniques seront fortement réduites d'ici 2015 suite à l'amélioration des traitements aux stations d'épuration ; l'eutrophisation et la maîtrise des pollutions diffuses d'origine agricole, tant pour les nitrates que pour les orthophosphates, restent par contre des enjeux importants.

L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions entre une plante « phytoremédiatrice », Lantana camara (Verbenaceae), le ver de terre, Pontoscolex corethrurus (Glossoscolecidae) et les microorganismes telluriques d'un sol pollué au plomb. Dans un premier temps, il apparaît que dans les sols contaminés, la présence de ver conduit à un accroissement de la biomasse des parties aériennes et racinaires des plantes ainsi qu'à une augmentation de l'absorption de plomb. La caractérisation physico-chimique des agrégats racinaires a montré que l'activité des vers augmente le taux de matière organique, la capacité d'échange cationique ainsi que l'azote total, le potassium total et disponible. De plus, la présence des vers augmente certaines activités enzymatiques de la rhizosphère. La croissance accrue de L. camara pourrait résulter de ces différentes actions. L'action des vers de terre sur les plantes se ferait via les communautés microbiennes telluriques. Ainsi, la biomasse des microorganismes, bactéries et champignons, des agrégats racinaires augmente en présence de vers. La PCR-DGGE n'a pas permis de mettre en évidence de modifications de la structure taxonomique des communautés bactériennes sous l'influence du Pb et/ou du vers, par contre l'analyse des profils physiologiques par plaques Biolog montre clairement une diversification fonctionnelle bactérienne. Les communautés fongiques voient, elles, leur diversité taxonomique, augmenter sous l'action des vers. La restructuration des populations microbiennes, en présence de vers, des agrégats racinaires élaborés par les plantes en milieu pollué au plomb est l'élément déterminant pour la compréhension de l'impact de P. corethrurus sur la croissance et la phytoremédiation de L. camara. L'association de ces deux organismes aurait donc un potentiel considérable pour le traitement de sites industriels pollués au plomb