Le Haut Comité de Santé Publique donne des recommandations sur les moyens d'améliorer la connaissance des phénomènes liés à la pollution atmosphérique dans le but d'aider à l'évaluation de l'exposition des citadins. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte global en s'orientant vers la cartographie de la concentration en particules en ville. Plusieurs outils existent aujourd'hui qui permettent de dériver des informations sur la qualité de l'air. Ce sont des cartes obtenues par des méthodes d'interpolation spatiale des mesures ponctuelles ou des modèles numériques. Ces deux approches ont des limitations. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'établissement d'une stratégie de cartographie de la pollution atmosphérique sur l'ensemble d'une agglomération à l'échelle de la rue (100 m) en s'appuyant notamment sur l'imagerie satellitaire. La stratégie de cartographie comprend deux méthodes. La méthode des champs typiques vise à améliorer la représentation de la pollution en appliquant des méthodes de fusion de données à des cartes de pollution déjà existantes. Les méthodes de fusion de données sont appliquées à la cartographie de la qualité de l'air. Une formalisation de la méthode des champs typiques est donnée et un essai sur un cas pratique est réalisé. La méthode de densification du réseau de mesure vise à créer des cartes de pollution en interpolant les valeurs de concentration mesurées par les stations. Des stations virtuelles s'ajoutent au stations réelles du réseau de mesure pour le rendre plus dense et améliorer ainsi l'interpolation. Ces stations virtuelles sont déterminées à partir d'une classification sur des éléments décrivant l'environnement des stations. Pour la ville de Strasbourg, 635 stations virtuelles sont ajoutées aux cinq stations réelles existantes. La cartographie par interpolation avec ces stations est améliorée qualitativement et quantitativement (jusqu'à 70 %). Pour valider la définition des stations virtuelles, l'imagerie satellitaire est utilisée. Les longueurs d'ondes autour de 815 nm sont les plus sensibles aux particules. La bande spectrale TM1 du capteur TM de Landsat5 est appropriée pour la détection des particules et est utilisée pour valider les stations virtuelles. 70 % des stations virtuelles ont été validées avec cette approche.

Les interactions hôte-parasite entre mollusques et trématodes se caractérisent par un polymorphisme de compatibilité qui se manifeste par la présence de couples compatibles (hôte susceptible et/ou parasite virulent) et de couples incompatibles (hôte résistant et/ou parasite avirulent) en populations naturelles. Afin d'appréhender les déterminants moléculaires responsables de cette compatibilité différentielle entre le mollusque Biomphalaria glabrata et le trématode parasite Echinostoma caproni, plusieurs études moléculaires comparatives ont été réalisées sur deux souches de B. Glabrata, susceptible et résistante à E. Caproni. Des travaux antérieurs ayant mis en évidence des différences plasmatiques et hémocytaires entre ces souches, nos approches moléculaires ont été menées dans un premier temps sur ces compartiments biologiques. Nous avons développé (i) une approche protéomique pour comparer le contenu protéique de leur plasma et hémocytes, (ii) une approche transcriptomique plus ciblée sur les transcrits correspondant à des gènes potentiellement impliqués dans les processus d'adhérence dans les hémocytes. Enfin, les résultats obtenus nous ont conduits à réaliser une approche transcriptomique plus globale par banques soustractives sur mollusques entiers de façon à identifier d'autres gènes exprimés par d'autres compartiments ou tissus. Ces travaux nous ont permis d'identifier toute une série de candidats différentiellement représentés entre mollusques susceptibles et résistants et potentiellement impliqués dans les différences de compatibilité entre souches. Parmi eux, on trouve des gènes potentiellement impliqués dans (i) la reconnaissance du parasite et les voies de signalisation (Calcium binding Protein, glycosidases et C-type lectin), (ii) la mobilité et l'adhérence (protéines à domaines Von Willebrand, cadhérine, dermatopontines et protéine de filament intermédiaire), (iii) la régulation de l'expression des gènes (histone H4), ou encore (iv) des gènes codant les effecteurs de la réponse immunitaire (inhibiteurs de protéases, protéases et aplysianin).

Le lagopède alpin (Lagopus muta) et la perdrix grise (Perdix perdix) atteignent dans les Pyrénées les limites méridionales de leurs aires de répartition mondiale. Les populations pyrénéennes de ces deux sous-espèces (Lagopus muta pyrenaica et Perdix perdix hispaniensis) sont donc en situation d'isolat biogéographique. Les deux espèces sont d'excellents bio-indicateurs de l'évolution des milieux ouverts d'altitude. Sous la pression conjuguée des contraintes environnementales et anthropiques, ces milieux connaissent actuellement une évolution sensible caractérisée par un relèvement altitudinal des étages de végétation et donc un rétrécissement de l'habitat disponible pour les espèces d'altitude. La régression des activités agro-pastorales accentue ce phénomène généralisé de reforestation des milieux. Une conséquence attendue de ces bouleversements est l'augmentation du degré de fragmentation des habitats notamment pour les populations d'altitude. Au-delà de l'influence du paysage sur la structuration des populations, un autre facteur pourrait structurer les populations de perdrix grise : les lâchers d'individus d'élevage dans des populations sauvages. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la structuration génétique du lagopède alpin des Pyrénées et de la perdrix grise en France afin d'aider à la décision des plans de conservation.

La prédation peut avoir des effets très importants à la fois sur l'écologie ainsi que sur l'évolution des communautés biologiques. Elle peut notamment être une force sélective favorisant des prédateurs plus efficaces et des proies moins vulnérables. De plus, des études montrent que les prédateurs agissent sur les proies, non seulement directement en les tuant, mais qu'ils peuvent également influencer le comportement des proies et induire des réponses physiologiques ou morphologiques. Pourtant, aujourd'hui, encore peu de choses sont connues sur comment les prédateurs peuvent influencer les populations de proies, notamment chez les grands herbivores. Les études les plus détaillées sur les grands herbivores sont en effet situées dans l'hémisphère Nord, souvent dans des endroits où ces herbivores n'ont plus de prédateurs. Lors de cette thèse j'ai étudié une population de grands herbivores et l'impact de la prédation sur celle-ci : la population de zèbres des plaines (Equus quagga) dans le parc national de Hwange au Zimbabwe et son interaction avec les lions. J'ai étudié la dynamique de populations des zèbres dans la zone d'étude, mais j'ai également travaillé sur le zèbre au niveau individuel, en tentant de mieux comprendre quels étaient les comportements anti-prédateurs utilisés par les zèbres, ainsi que leurs coûts potentiels, tout en m'intéressant aux différences entre individus. Cette population de zèbres est fortement impactée par la prédation, de manière à la fois directe et indirecte, et les comportements anti-prédateurs mis en place par les zèbres sont coûteux.

Depuis le début du 20ième siècle, les changements d'usage des terres, la disparition des prédateurs et les régulations de la chasse ont provoqué une augmentation des populations de cervidés dans les forêts tempérés et boréales. Ce phénomène, qui est un grand succès de la conservation de ces espèces, a toutefois conduit à des surabondances qui ont entrainé des effets négatifs en cascades sur la végétation et les communautés animales qui en dépendent. J'ai utilisé l'expérience naturelle qu'est l'introduction du cerf à queue noire sur l'archipel d'Haïda Gwaii pour étudier les conséquences de sa surabondance sur un écosystème tempéré peu perturbé par les activités anthropiques. J'ai ainsi pu mettre en évidence les contrôles descendants directs et indirects qu'exerce l'herbivore sur les Bryophytes (positifs), les plantes vasculaires (négatifs) et sur l'avifaune (négatifs) quand il n'est pas limité par les prédateurs ou la chasse. J'ai complété ces résultats par une analyse régionale sur 20 ans pour montrer que la perte de biodiversité enclenchée par la surabondance de ces cerfs était un phénomène d'érosion continu se prolongeant bien au-delà de l'impact initial. A l'échelle de l'Amérique du Nord, j'ai ensuite pu montrer, conformément aux prédictions faite à partir des études locales, qu'il existait une relation entre surabondance des populations d'ongulés et déclin de l'avifaune du sous-bois du continent. Enfin, j'ai analysé les suivis d'une expérience de réduction des densités de cerfs entamée sur deux îles il y a 13 ans. La végétation et l'avifaune se sont partiellement reconstituées démontrant qu'il est possible (1) de restaurer les réseaux trophiques fortement modifiés et (2) qu'une telle restauration si elle est possible prendra du temps et ne convergera pas (rapidement) vers un état initial. Afin de limiter les conséquences dommageables provoquées par la surabondance des cervidés, la conservation des prédateurs et l'augmentation de la chasse doivent être favorisés.

Le Liban se caractérise au sein de la Méditerranée orientale par sa diversité climatique, son organisation orographique (littoral/montagne/bassin) et la prépondérance des terrains carbonatés (60 % de son territoire). Ces caractéristiques font que le Liban connait sur un espace relativement réduit une grande diversité de phénomènes karstiques. Il constitue alors un espace-clé pour développer des référentiels tant pour les événements paléogéographiques qu'environnementaux qui puissent être appliquées sur le Proche-Orient. Plusieurs questionnements relatifs à la genèse des paysages et leur évolution restent encore non résolus face à la rareté des témoins morphogéniques de surface. L'endokarst constitue alors une nouvelle archive naturelle et environnementale pour pallier à ces contraintes. Ces archives se situent à la fois dans les formes des réseaux souterrains et dans les enregistrements sédimentaires (dépôts détritiques et chimiques : spéléothèmes). La recherche doctorale se concentre sur "l'apport des enseignements de l'endokarst dans la reconstitution des environnements passés et de la morphogénèse des vallées karstiques'. Les sites d'études retenues dans cette recherche sont situées dans le Mont-Liban central: i) la vallée du Nahr el-Kelb et le réseau de Jeita et, ii) la vallée d'Antelias et la grotte de Kanaan et le réseau de Kassarat-Nabay. La recherche a deux principaux objectifs: i) poser le cadre paléogéographique des principaux systèmes karstiques dépendant de la Méditerranée (systèmes de Jeita et d'Antelias) à partir de l'approche géomorphologique appliquée dans les grottes de Kanaan, de Kassarat-Nabay et de Jeita. Celle-ci met en œuvre la démarche cartographique des systèmes souterrains étudiés pour replacer les différents objets d'étude dans leur contexte spatial, morphogénique et chronologique ; et ii) appréhender les changements environnementaux de cette région liés aux variations climatiques et aux occupations humaines. L'étude sédimentaire (détritique) repose sur une analyse fine (morphoscopique, morphométrique, minéralogique, colorimétrique et magnétique) des dépôts endokarstiques.

Cette thèse s'est intéressée à l'intégration des Systèmes d'Information Géographique, dans les domaines de la formation en géosciences appliquées et sciences de l'environnement. L'étude de cette intégration et des difficultés qui l'accompagnent, s'est articulée autour de trois dimensions : 1. une dimension cognitive, pour explorer les approches et les méthodes qui permettent d'étudier la façon de raisonner d'utilisateurs expérimentés ou novices, face à la résolution de problèmes spatiaux avec les SIG ; 2. une dimension didactique pour, à partir des différences entre les raisonnements des experts et des novices, identifier et intégrer les démarches expertes utilisables dans les stratégies de résolution des apprenants ; 3. une dimension pédagogique, pour concevoir, en s'appuyant sur les acquis cognitifs et didactiques, des dispositifs de formation innovateurs, en adéquation avec les demandes du monde professionnel. Afin de limiter notre champ d'étude, il a été nécessaire d'effectuer une analyse des pratiques de cartographie et SIG dans les domaines des Géosciences et de l'Ingénierie de l'Environnement et effecteur des choix pertinentes dans une perspective pédagogique, professionnelle et sociétale. Nous nous sommes intéressés à une activité de cartographie particulière : la cartographie d'aptitude réalisée avec des méthodes d'analyses spatiales multicritères pour la localisation de site(s) apte(s) à répondre à une problématique environnementale. En effet, cette méthode implique, d'un point de vue pédagogique, une approche progressive et complète à l'usage des SIG. Elle a un caractère professionnalisant, car elle est d'usage dans les projets environnementaux et, enfin, elle appuie le débat sur les choix territoriaux qui impliquent des prises de décisions. C'est lors de la réalisation de cette activité de cartographie d'aptitude que différents types d'utilisateurs ont été observés : des experts et des étudiants issus de notre entourage académique et professionnel. Nous avons élaboré un protocole expérimental exploratoire qui a permis de recueillir des données écrites et orales. Les analyses des données issues de la phase expérimentale ont été guidées par les cadres qui relèvent des sciences cognitives : sur le plan théorique, pour la définition des mécanismes visuo-cognitifs impliqués dans les raisonnements, et sur le plan méthodologique pour l'approche qualitative et quantitative d'analyse de données verbales. En termes de résultats, des composants des processus de raisonnement qui interviennent dans la réalisation et perception de la carte d'aptitude, ont été identifiés. De plus, les différences d'occurrences d'actions, d'opérations et de concepts mobilisés par les experts et les novices dans le même contexte, ont pu être mesurées. La comparaison des différentes stratégies adoptées par les expertes et par les étudiants a permis ensuite de ré-penser les dispositifs de formation, avec des aides didactiques qui ciblent les lacunes des étudiants. Le vrai défi de cette thèse a été l'apport pluridisciplinaire à la cartographie et aux SIG dans les Sciences de l'Information Géographique. En apportant des connaissances de la psychologie cognitive, de la didactique des sciences et des sciences de l'éducation, cette thèse a contribué à une meilleure compréhension de certains processus de représentations et d'appropriation des SIG, lors de la production cartographique et de son interprétation. Cette compréhension peut contribuer à améliorer les représentations ou à en proposer de nouvelles, favorisant ainsi la construction de la connaissance spatiale.

Dans certains cas, la colonisation des zones humides par les espèces animales et végétales peut être une menace majeure pour la biodiversité. Il est donc primordial de mieux connaître l‟écologie des espèces colonisatrices pour définir leurs relations avec le reste de l‟écosystème. Nous avons étudié les conséquences de la colonisation relativement récente des étangs piscicoles français par le cygne tuberculé (Cygnus olor). Nous nous sommes intéressés à l‟expression de cette colonisation dans l‟espace par l‟étude des processus de sélection de l‟habitat. Nos résultats montrent que dans un paysage d‟étangs, la répartition des cygnes tuberculés dépend à la fois de la configuration spatiale des étangs (aire - isolement), des ressources disponibles et du statut de reproduction des cygnes tuberculés. Nous avons ensuite étudié les interactions entre le cygne tuberculé et les communautés animales et végétales des étangs. Sur les sites de cantonnement des couples, nous n‟avons pas montré d‟effet de la présence des cygnes tuberculés sur l‟abondance des oiseaux d‟eau, et aucune forme d‟exclusion spatiale à l‟échelle de l‟étang. En revanche, les cygnes tuberculés peuvent générer une déplétion significative des herbiers de macrophytes aquatiques, suggérant des effets en cascade sur les autres communautés des étangs piscicoles. Comme toute perturbation générée par une espèce colonisatrice, celle associée à l‟arrivée des cygnes doit néanmoins être replacée dans le contexte plus large des régimes de perturbations à l‟oeuvre sur l‟écosystème, ce qui importe particulièrement dans le cas d‟écosystèmes aussi dépendants de l‟activité humaine que les étangs piscicoles.

L'Analyse de Cycle de Vie a été appliquée pour évaluer les impacts environnementaux d'un quartier, sur une durée permettant d'intégrer des phases de construction et de fin de vie des bâtiments. Afin d'éviter le déplacement de pollution, cette méthode prend en compte les impacts générés par le quartier dans d'autres territoire, par exemple pour la fabrication de matériaux de construction ou la production d'électricité. L'échelle du quartier offre des degrés de liberté supplémentaires en termes d'éco-conception par rapport à celle du bâtiment, en intégrant les interactions entre constituants du système urbain étudié ainsi que la mutualisation éventuelle d'infrastructures (réseau de chaleur, production locale d'électricité, parkings...). L'évaluation environnementale du système complexe formé par un quartier nécessite de comprendre son fonctionnement. Les travaux présentés dans cette thèse visent à contribuer au développement de connaissances dans cet objectif, au moyen de la simulation numérique. Un quartier est considéré comme un système faisant intervenir de nombreux composants interagissant à des échelles variables, impliquant une modélisation multi-échelles. Parmi ces interactions, au sein du quartier mais aussi avec le territoire dans lequel il s'intègre, la forte variabilité temporelle des caractéristiques de la production et de l'usage de l'électricité met en avant l'importance d'une analyse détaillée : des variations horaires des impacts sont alors considérées au lieu d'une moyenne annuelle utilisée classiquement. La simplification de la structure des bases de données facilite la collecte des données servant à l'évaluation des impacts. Les conséquences de ces hypothèses simplificatrices sur les résultats d'ACV ont alors été évaluées. Enfin ces développements ont été mis en œuvre en s'appuyant sur des outils préexistants, appliqués à une étude de cas.

Les éléments transposables (ET) sont l'une des principales forces guidant l'évolution des génomes. La présence de copies dégradées a permis de bien caractérisée la dynamique des ET eucaryotes. A contrario, chez les procaryotes, les ET sont considérés comme récents, ce qui complique l'étude de leur dynamique. Les séquences d'insertion (IS) sont les ET procaryotes les plus abondants. Les modèles prédisent que les IS, arrivés par transferts horizontaux, subissent une forte augmentation de leur nombre, puis sont éliminés. De plus, les modèles prédisent que les génomes des bactéries intracellulaires devraient avoir peu ou pas d'IS. Le séquençage des génomes de bactéries intracellulaires obligatoires, comme Wolbachia, a remis en cause les modèles, car certains ont une grande quantité d'IS. Notre travail portait sur l'étude des génomes de cinq souches de Wolbachia ayant des caractéristiques diverses. Nous avons réalisé une annotation détaillée des IS pour chaque génome et testé nos hypothèses basés issues de l'analyse in silico sur un panel de souches. Nous avons confirmé que les génomes de Wolbachia ont une forte abondance d'IS. La majorité des copies d'IS étaient dégradées, ce qui a permis d'étudier leur dynamique. L'activité passée des IS de Wolbachia n'a pas été constante au cours du temps avec des alternances de phases de forte activité et de quiescence. Les phases de forte activité doivent être précédées de transferts horizontaux, qui ont été expérimentalement détectés en abondance. Enfin, des analyses d'expression suggèrent que l'activité des IS n'est pas uniquement contrôlée par les éléments eux-mêmes, mais dépend également de l'environnement génomique des copies.