Au cours de ce travail nous avons utilisé les potentialités de différentes modalités d'imagerie, que nous appliquons au domaine du végétal afin de contribuer au phénotypage haut-débit des semences et plantules. Nous nous somme principalement consacré à la recherche de réponses à deux problématiques spécifiques et importantes de ce secteur. Nous commençons par montrer l'applicabilité de l'imagerie en lumière visible inactinique et de l'imagerie thermographique passive pour imager le développement des semences et plantules, un phénomène biologique se déroulant normalement dans le sol et l’obscurité. Nous présentons nos apports à ce type d’imagerie, au travers de nos contributions à la conception et à la réalisation d’un système de vision en imagerie visible inactinique, ayant pour finalité la réalisation de mesures individualisées automatisées sur les semences, les plantules et les organes des plantules. Ce système gère les croisements de plantules, via l'utilisation originale de la diffusion anisotrope, ce qui nous a permis de multiplier, sans perte d'information, les débits par dix. De plus, ce système réalise la séparation des organes au moyen d’un critère générique basé sur le gravitropisme. La validation des algorithmes de traitement d'images du système de vision utilise des voies originales (simulation numérique et test de l'influence de l'incertitude via simulation agronomique). L’imagerie thermographique, qui capte le rayonnement thermique passif des objets, nous permet de visualiser et de mesurer les semences et plantules dans l'obscurité. Elle permet aussi de réaliser la segmentation et le suivi des organes de plantules. Cette technologie d'imagerie nous a aussi permis de montrer la faisabilité d'un dosage non destructif de teneur en sucre des organes de plantules de betterave. Ensuite nous proposons une méthodologie générique permettant la conception de capteurs bas-coût spectralement optimisés, en fonction de tâches applicatives déterminées. Cette méthodologie utilise la théorie de l’information, pour extraire de l’imagerie hyperspectrale, relativement coûteuse, l’information utile à la conception des capteurs dédiés bas-coût. L’intérêt de cette méthodologie pour le phénotypage des plantes est montré et justifie le transfert de celle-ci au monde de la recherche en biologie végétale. / Along this work, we have used the potentiality of different modalities of imagery that we apply to the plant domain so as to contribute to the high-throughput phenotyping of seeds and seedlings. We have mainly committed ourselves to the search for answers to two specific and important problematic in this domain. We begin by showing the applicability of visible imaging using an inactinic light and passive thermographic imaging to image the development of seeds and seedlings, a biological phenomenon usually occurring in soil and darkness. We present our contributions to this type of imaging through our contributions to the conception and the realization of a vision system using visible inactinic imaging, whose finality is the realization of individualized automated measurement on the seeds, the seedlings and the organs of the seedlings. This system handle seedling crossing, through the original use of anisotropic diffusion, which allowed us to multiply, without information loss, the output by ten. Furthermore, this system carries out the separation of the organs by means of a generic criterion based on gravitropism. The validation of the image processing algorithms of the vision system use original ways (numerical simulation and test of the influence of the uncertainty through agronomic simulation). Thermographic imaging, which captures the passive heat radiation of objects, allows us to visualize and to measure seeds and seedlings in the darkness. It also allows realizing the segmentation and the tracking of the organs of seedlings. This imaging technology also allowed us to demonstrate the feasibility of a non-destructive determination of sugar quantity in organs of beet seedlings. We then propose a generic methodology that allows the conception of spectrally optimized low-cost sensors, according to determined application tasks. This methodology uses information theory, to extract from, relatively expensive, hyperspectral imaging, the information needed for the conception of the dedicated low-cost sensors. The interest of this methodology for plant phenotyping has been shown and justifies its transfer to the world of research in plant biology.

L’objectif de ce projet était d’évaluer l’effet du cultivar et de la densité de semis sur les rendements, les composantes du rendement et la qualité des grains de l’épeautre de printemps et d’automne dans les trois zones de production céréalière du Québec dans un système de production à faibles intrants. Chez l’épeautre de printemps, la densité de semis n’a généralement pas eu d’effet sur le rendement en grains vêtus, en grains nus et en paille. L’augmentation de la densité de semis s’est traduite par une faible augmentation du nombre d’épis/m2 et une diminution du nombre de grains par épi, tandis que le poids de mille grains n’a pas été affecté. Les cultivars CDC Origin et CDC Silex ont produit les rendements en grains vêtus les plus élevés dans deux zones sur trois alors que la teneur en protéines de tous les cultivars était très élevée (14,2 à 15,4 %). Chez l’épeautre d’automne, la survie à l’hiver a été variable selon les sites et les années. La densité de semis n’a pas eu d’effet sur les rendements. Le cultivar Cosmos a généralement obtenu les rendements en grains vêtus et en grains nus les plus élevés tandis que la teneur en protéines a varié entre 9,6 et 16,9 % selon les cultivars et les années. / The aim of this research project was to assess the effect of cultivar and seeding rate on yield, yield components and some grain quality characteristics of spring and winter spelt in all three agro-climatic areas for cereal production in Québec in a low input system. The seeding rate generally did not affect hulled grain, naked grain and straw yields of spring spelt. Increasing seeding rate resulted in increased spike density, decreased number of grains per spike while thousand grain weight remained unaffected. CDC Origin and CDC Silex produced the highest hulled grain yields at two of the three sites and protein content of all cultivars was high (14.2 to 15.4 %). Winter survival of winter spelt was inconsistent throughout years and sites. Seeding rate had no effect on winter spelt yields. Cultivar Cosmos generally produced the highest hulled and naked grain yields whereas protein content varied from 9.6 to 16.9 % among cultivars and years.

La présente recherche explore les liens entre patrimoine et hypermodernité à travers une étude de cas, celui de la patrimonialisation du végétal domestique au Québec. Dans un monde où s'accentue le processus d'individualisation, où les liens familiaux et sociaux sont affaiblis, où l'individu est de plus en plus multiappartenant, dans une société du risque et des espaces-temps globalisés, où la transmission devient problématique, le patrimoine se construit autrement. Le patrimoine devient un instrument disponible pour donner sens et faire face aux nouveaux défis du monde contemporain. S'il se construit autour de préoccupations individuelles, centré sur le soi et devient à ce titre un projet personnel, il vise également à résoudre les paradoxes de notre époque: concilier l'individuel et le collectif dans une société individualisée, gérer le risque, vivre dans un monde éphémère et changeant en y intégrant la longue durée et trouver une place dans un monde globalisé en articulant le local et le global. Les acteurs de la patrimonialisation du végétal s'inventent une « mythographie » en bricolant et en modifiant des éléments culturels qui viennent d'un peu partout dans le monde. Ils puisent à même les référents culturels de plusieurs groupes. Ils réinventent leur relation au passé, aux autres et fondent une nouvelle « communauté affective ».

Cette étude porte sur la mesure des conséquences du réchauffement climatique sur la croissance et le développement des graines de l'épinette noire en zone boréale. Comme la densité maximale atteinte par les forêts d'épinette noire et la limite nordique et altitudinale de l'espèce sont sous contrôle thermique, dans le contexte des changements climatiques attendus, il nous est apparu important de préciser le régime des températures qui affecte la répartition de l'épinette. Cette étude porte plus précisément sur l'interface entre la toundra forestière et la limite septentrionale de la forêt boréale fermée dominée par l'épinette noire. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment la température influence la croissance des arbres et la maturation des semences de l'épinette noire à la limite nord de la forêt boréale fermée. La thèse est divisée en trois parties. La première porte sur les caractéristiques thermiques de la limite nord de la forêt boréale fermée au cours de la période de 1970 à 2002. La deuxième porte sur la relation entre la température et la production de graines par l'épinette noire. Enfin, la troisième partie porte sur les effets climatiques de la mise en eau d'un vaste réservoir hydroélectrique sur la croissance et la production de graines par l'épinette noire des milieux néoinsulaires. Entre 1970 et 2002, une augmentation significative de la température moyenne annuelle, de la somme thermique et de la durée de la période sans gel est survenue particulièrement dans la zone de la forêt boréale ouverte et de la toundra forestière. La limite septentrionale de la forêt boréale fermée coïncide avec la position du seuil thermique de 800 à 950 degrés-jours, un intervalle qui correspond à la chaleur nécessaire pour la maturation des graines de l'épinette noire. De plus le seuil de 800 degrés-jours s'est déplacé d'un degré de latitude vers le nord entre 1970 et 2002, passant de 53° 12' N à 54° 16' N. Compte tenu du réchauffement climatique attendu, le seuil de maturation des graines d'épinette noire pourrait se déplacer vers le nord de façon importante et permettre ainsi la maturation des graines d'épinette dans une zone où les conditions thermiques nécessaires ne sont pas actuellement rencontrées. Si le processus physiologique de la maturation des graines est confirmé comme le facteur déterminant de la position de la limite nord de la forêt boréale, les conséquences pourraient être un déplacement vers le nord de la limite septentrionale de la forêt boréale fermée. Sur l'ensemble de son aire de répartition, Pépinette noire requiert une moyenne de 750 degrés-jours pour produire des graines quasi-matures (stade 22 sur une totalité de 23). Une variabilité existe selon les populations et leur position géographique. Néanmoins, le pourcentage de germination peut être prédit par une fonction sigmoïde des degrés-jours cumulés le long d'un gradient -latitudinal des températures. Les conditions locales peuvent toutefois produire des différences. Ainsi, les enclaves plus froides que constituent les réservoirs hydroélectriques ont une production de graines équivalente à celles des sites de un à trois degrés de latitude plus au nord. Enfin, les conditions climatiques des sites néoinsulaires du réservoir Rober Bourassa diffèrent des autres sites de la région, principalement au printemps. En effet, c'est pendant cette période que le déficit de chaleur est le plus marqué. Les conséquences sur la croissance radiale des arbres matures ne sont pas notables à l'échelle des peuplements. Les arbres répondent plus à un changement régional du climat qu'à l'effet local du réservoir. Les effets climatiques du plan d'eau (une augmentation du bois de compression dû à une déstabilisation par le vent et une diminution de la fréquence des cernes de gel) se limitent aux sites les plus ouverts et les plus exposés. Enfin, la croissance apicale de la strate de régénération montre que le réservoir peut avoir des conséquences positives sur la croissance des plantules dans les secteurs protégés par la végétation (arbres ou arbustes) et à la périphérie des îles.

Allanblackia floribunda est un arbre des forêts denses humides tropicales valorisé pour la teneur élevée en acides gras de ses graines, essentiellement constitués d’acides stéarique et oléique dont l’efficacité dans la réduction du mauvais cholestérol de l’organisme humain a été prouvée. Pour cette raison, les graines de A. floribunda collectées en milieu naturel sont commercialisées. Toutefois, les travaux sur la culture de cette espèce sont encore à leur phase initiale. Nous avons déterminé la possibilité d’amélioration génétique de cette espèce en échantillonnant 17 à 40 fruits par arbre de 70 arbres distribués sur quatre sites en milieu naturel. La matière grasse a été extraite des graines, et les teneurs en acides stéarique et oléique estimées à l’aide de méthodes développées au cours de cette étude. La variation phénotypique des traits des fruits et des graines a été caractérisée dans et entre les arbres, et entre les sites. Les estimations de répétabilité des caractères mesurés ont été effectuées. Des corrélations phénotypiques entre les traits étudiés ont aussi été estimées, et quatre traits ont été retenus pour effectuer la sélection multi-caractère de 20 arbres-plus qui constitueront la population d’amélioration de cette espèce pour la production des graines. Nous avons par la suite isolé 10 marqueurs moléculaires de type microsatellite polymorphes à partir de A. floribunda, et sept de ces marqueurs étaient polymorphes à la fois chez Allanblackia gabonensis et Allanblackia stanerana. La variation de huit loci microsatellites a permis de caractériser la structure génétique neutre de 10 populations de A. floribunda de zone de forêt naturelle du Cameroun, puis d’inférer l’histoire récente des forêts humides d’Afrique Centrale. Aucune différence significative n’a été observée entre les paramètres génétiques de la population d’amélioration et celle existant en milieu naturel indiquant qu’une amélioration de cette espèce à partir des 20 arbres sélectionnés ne réduirait pas sa diversité génétique neutre. Toutefois, une légère augmentation du taux de consanguinité a été observée dans la population d’amélioration, et des recommandations sont formulées pour la conservation des ressources génétiques durant l’amélioration de A. floribunda. / Allanblackia floribunda or tallow tree is a tropical forest-tree species that is valued for its seeds, which are rich in hard fat consisting mostly of stearic and oleic acids, reported to lower plasma cholesterol levels, thus reducing the risks of heart attack. Owing to this fat profile, Allanblackia oil is used for margarine production and in soap and ointments manufacture, and seeds extracted from Allanblackia fruits by local communities are traded. We determined whether the species could be genetically improved for fruit/seed production by sampling 17 to 40 fruits from each of 70 trees that were distributed among four sites in wild stands. Fat was extracted from the seeds, and stearic and oleic acid content of the fat was estimated using methods developed in this study. Phenotypic variation in fruit/seed traits was assessed within- and among-trees, and among sites. Repeatabilities were estimated for measured characters, and relationships between these characters investigated. Twenty “plus trees” were selected for breeding, and implications for improvement discussed. Then we isolated and characterized ten microsatellite primer pairs for A. floribunda. Seven of these microsatellite loci were polymorph for both Allanblackia gabonensis and Allanblackia stanerana species as well. Using eight informative microsatellite loci, we have characterized the genetic structure of A. floribunda natural populations from Cameroon, and inferred the recent history of rainforests from Central Africa. No significant difference was identified in genetic parameters between wild stands and the breeding population, indicating that breeding A. floribunda from 20 trees would not reduce nuclear genetic diversity. However, a slight increase in inbreeding was observed in the breeding population, and recommendations for genetic diversity conservation during tree improvement in the species are made.

Ce travail porte sur la dispersion des graines par les fourmis et se divise en deux parties :l’une expérimentale (Chapitres 1, 2 & 3) et l’autre synthétique (Chapitres 4 & 5). L’approche expérimentale a consisté en une exploration en conditions de laboratoire des comportements des fourmis à deux étapes du processus de myrmécochorie: à la source de graines et dans le nid. Des graines des plantes myrmécochores Viola odorata et Chelidonium majus ont été présentées aux fourmis Lasius niger et Myrmica rubra. Chaque étape de la séquence myrmécochorique a généré une variabilité des comportements propre à chacun des quatre couples fourmis-graines. <p>L’élaiosome n’attire pas les fourmis à distance. Les fourmis suivent toujours la même séquence de comportements :antennation, manipulation et prise des graines. Le nombre d’antennations et de manipulations avant la prise de graines peut être considéré comme un indicateur de l’« hésitation » des fourmis à prendre les graines. L’espèce à tendance carnivore Myrmica rubra a été plus rapide et efficace dans la prise de graines que l’espèce éleveuse de pucerons Lasius niger. Parallèlement, les fourmis ont moins antenné, moins manipulé et plus pris de graines de Chelidonium majus, ce qui montre un intérêt particulier pour cette espèce. Un jour après l’expérience, toutes les graines des deux espèces se trouvaient dans les déchets à l’extérieur du nid, avec au moins la moitié des élaiosomes consommés (Chapitre 1).<p>Lors du passage des graines à l’intérieur du nid, les fourmis Myrmica rubra ont également montré une capacité à traiter les graines rapidement, en montrant une dynamique d’arrachage de l’élaiosome et de rejet des graines hors du nid plus rapide. Le taux d’arrachage de l’élaiosome a été influencé par l’espèce de graine, plus important pour les graines de Chelidonium majus. Nous avons montré qu’une proportion variable de graines rapportées au nid (moins de la moitié) étaient déposées directement au contact des larves, les autres étant traitées ailleurs par les ouvrières ou laissées temporairement à l’abandon dans le nid. Par ailleurs, les dynamiques de rejet des items hors du nid ont curieusement été peu influencées par l’espèce de graine. Pour une graine, le fait de ne plus avoir d’élaiosome diminue le nombre moyen d’ouvrières qui la contacte simultanément. Parallèlement, même si la réponse n’est pas de type « tout ou rien », l’absence d’élaiosome accroit aussi la probabilité qu’une graine a d’être rejetée. (Chapitre 2).<p>Nous avons isolé expérimentalement le paramètre de dessiccation des graines afin mesurer son influence sur le taux de prises. La dessiccation progressive des graines réduit les taux de prises par les fourmis Myrmica rubra. La réhydratation des mêmes graines leur permet de retrouver une attractivité et donc une valeur fonctionnelle prolongée. Les graines de Viola odorata perdent presque toute attractivité après 4 jours de dessiccation et leur réhydratation ne rétabli que faiblement leur attractivité. A l’inverse, les graines de Chelidonium majus gardent un tiers de leur attractivité après un mois de dessiccation et leur réhydratation restaure presque entièrement leur attractivité (Chapitre 3).<p>La synthèse bibliographique a permis de dresser un aperçu des principales caractéristiques des fourmis dispersatrices de graines myrmécochores. Certains traits « généralistes » rendent les rencontres entre fourmis et graines très probables :leur ubiquité et diversité taxonomique, leur régime alimentaire omnivore, et leur fourragement « diffus » et opportuniste. Les fourmis possèdent des traits qui les rendent uniques par rapport aux autres insectes :le fourragement au sol, la capacité à transporter de la nourriture, ainsi que la nidification. Certains traits des fourmis ont une influence considérable sur la dispersion des graines :leur taille, les préférences de régime alimentaire, la phénologie, la capacité d’apprentissage et la fréquence de déménagement des nids. Nous développons également l’hypothèse que la rapidité et l’efficacité du traitement des graines par les fourmis seraient une conséquence d’un comportement hygiénique des fourmis à tendance carnivore, habituées à gérer des proies périssables (Chapitre 4).<p>Nous avons dressé pour la première fois une liste des espèces de plantes myrmécochores et potentiellement myrmécochores des régions d’Europe tempérée (260 spp.). Nous montrons que ces dernières sont majoritairement herbacées, et ont tendance à fleurir plus précocement que les autres espèces. La proportion de graines myrmécochores comprises entre 1 et 3 mm et entre 0,6 et 10 mg est plus importante que dans le reste de la flore (Chapitre 5).<p>/<p>This study concerns seed dispersal by ants and is divided in two parts: one experimental (chapters 1, 2 & 3), and one synthetic (chapters 4 & 5). <p>Experimental work consisted in a series of laboratory experiments, in which ant behaviour was studied at two stages of the dispersal process: at the seed source and inside the nest. Seeds of the myrmecochorous plants Viola odorata and Chelidonium majus were presented to two ant species: Lasius niger and Myrmica rubra. Each stage of the myrmecochory sequence generated a variability of behaviours for each of the four ant-seed pairs.<p>The elaiosomedo not attract seed at a distance. Ants followed always the same behavioural sequence: antennations, manipulations, and removal. The number of antennations and manipulations before removal can be considered as a measure of ants’ “hesitation” to remove seeds. The carnivorous species Myrmica rubra was faster and more efficient at taking seeds than the aphid-tending Lasius niger. At the same time, ants antennated and manipulated less Chelidonium majus seeds, which shows a particular interest for this seed species. One day after the experiment, all seeds of both species were located outside the nest in the refuse piles. At least half of their elaiosomes had been consumed (chapter 1). <p>Inside the nest, Myrmica rubra also showed a great ability to treat seeds quickly, i.e. quicker dynamics of elaiosome removal and seed rejection outside the nest. Elaiosome removal rates were influenced by seed species (higher for Chelidonium majus). We showed that a variable proportion of seeds (less than half) was directly deposited in contact with larvae. The rest of the seeds were handled elsewhere by workers, or left temporarily unattended in the nest. Dynamics of seed rejection outside the nest were curiously little influenced by the seed species. For a seed, to loose the elaiosome decreased the number of workers manipulating it. At the same time, even if the rejection response is not automatic, the absence of elaiosome increases the probability for a seed to be rejected (Chapter 2).<p>We isolated the desiccation parameter in order to measure its influence on seed removal rates. Progressive seed desiccation reduced Myrmica rubra removal rates. Rehydration of the same seeds restored their attractiveness, thereby prolonging their functional life. Viola odorata seeds lost almost all their attractiveness after 4 days of desiccation, and rehydration only restored a reduced part of their attractiveness. On the contrary, Chelidonium majus seeds kept one third of their attractiveness after one month of desiccation, and recovered almost all their attractiveness after rehydration (Chapter 3). <p>The bibliographic review allowed us to compile an outline of the main features of seed-disperser ants. Some generalist features highly increase the probability that ants encounter seeds: their ubiquity and taxonomic diversity, omnivorous diet and their opportunistic “diffuse” foraging. Among insects, ants have unique traits that make them broad dispsersers: ground foraging, the ability to transport items, and nesting behaviour. Some other traits have a great influence on the seed dispersal system: the ant body size, their diet preferences, the phenology of the colony, the learning, and the frequence of nest relocation. We also develop the hypothesis according to which, handling efficiency of ants is a byproduct of hygienic behaviour of carnivorous oriented species, since they are used to manage perishable preys (Chapter 4). <p>We compiled the first list of myrmecochorous and potentially myrmecochorous plants species of European temperate regions (260 spp.). We show that these plants are mainly herbaceous. They also tend to flower earlier than the whole flora. The proportions of myrmecochorous seeds having a size range between 1 and 3 mm, and a weight range between 0.6 and 10 mg are higher than in the rest of the flora (Chapter 5). <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis les années 1950, l'intensification des pratiques agricoles concourt à une augmentation de la pression anthropique entraînant une raréfaction des espèces spécialistes des parcelles cultivées, ce qui contribue à l'érosion de la diversité biologique des agroécosystèmes. Parmi les espèces en déclin, on compte de nombreuses messicoles dont le bleuet (Centaurea cyanus L.), fleur emblématique des moissons. Or, cette espèce peut rendre des services écosystémiques comme hôte de prédateurs de ravageurs des cultures et ressource privilégiée de certains pollinisateurs qui justifieraient son maintien dans les champs. Nous étudions ici des facteurs biologiques qui pourraient potentiellement contribuer à son déclin : distribution spatiale, potentialité de croissance, diversité génétique des populations, survie des semences, système de reproduction. Nous avons montré, par deux campagnes de relevés, que C. cyanus n'est pas une espèce indicatrice de diversité floristique dans la parcelle cultivée. Toutefois, lorsque que le bleuet est rare dans une région, il est associé à d'autres messicoles peu fréquentes. Par contre, s'il est commun, il est associé aux zones ayant la plus forte diversité végétale. Une expérience de semis dans différents compartiments de l'agrosystème, en absence de traitements herbicides, a mis en évidence que la potentialité de croissance des bleuets est plus élevée dans le plein champ du blé que dans la moutarde et les interfaces blé/bordure. Cette croissance est limitée de manière variable par les communautés adventices présentes dans les compartiments hors champs (bordures). L'analyse de la diversité génétique à l'aide de marqueurs microsatellites de bleuets dans une petite zone agricole montre que les populations sont connectées par des flux de gènes importants. Les barrières écologiques telles que les chemins, semblent être des facteurs de structuration plus importants que la distance géographique séparant les populations. La répartition du bleuet dans le paysage agricole n'est donc pas aléatoire et apparaît dépendante de la fréquence de l'espèce dans la région ainsi que des différents éléments du paysage. Les caractéristiques du cycle biologique du bleuet ont été étudiées grâce à des expériences au champ et en serre. Nous avons montré que la longévité des akènes enfouis dans le sol chute rapidement après deux ans. Le cycle saisonnier de la dormance permet deux cohortes de levées (automne et printemps). L'étude du système de reproduction a permis de mettre en évidence que les pollinisateurs sont nécessaires pour la fécondation et que les populations sont majoritairement auto-incompatibles. Il existe cependant des individus pseudo auto-incompatibles mais leur fréquence n'est pas liée à la taille des populations ou à leur niveau d'isolement spatial. Par ailleurs, dès que le coefficient de consanguinité augmente dans les populations, la valeur phénotypique des individus baisse. La dépression de consanguinité s'exprime alors principalement pendant la phase de la germination. L'ensemble de ces caractéristiques biologiques peuvent s'avérer défavorables au bleuet dans les agroécosystèmes simplifiés actuels et ont pu entraîner son déclin dans certaines régions

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Dans le contexte du développement d’une agriculture durable, il est nécessaire d’optimiser le coût énergétique des opérations agricoles tout en garantissant des temps de travaux courts ainsi que la qualité des opérations réalisées. Cette question concerne en particulier l’opération du semis qui est déterminante pour la qualité de la future récolte. Les semoirs de grande capacité et à haute productivité conçus aujourd’hui se doivent d’être compatibles avec cet ensemble de contraintes. L’enjeu essentiel de cette thèse est donc d’élaborer une méthodologie innovante et utilisant des outils de modélisation dans le but de réduire la consommation énergétique des matériels de semis. En suivant cette logique, nous avons étudié quatre aspects clef de la conception des semoirs pneumatiques : la manœuvrabilité des semoirs poly-articulés, l’établissement des conditions du transport pneumatique des semences et des engrais, l’optimisation des systèmes de répartition des semences ou des engrais, et enfin les aspects énergétiques du mode d’introduction des semences dans le circuit pneumatique. Chaque modélisation a été précédée par une phase expérimentale de détermination des phénomènes majoritaires influençant le processus étudié. Ensuite une modélisation du processus étudié, basée sur la simulation des effets du phénomène majoritaire identifié a pu être mise en œuvre et des conclusions, appuyées par des essais expérimentaux, proposées quant à la conception des semoirs pneumatiques. L’étude de la manœuvrabilité des ensembles poly articulés a démontré qu’il était possible de proposer et de tester un modèle explicatif de prédiction de trajectoires adapté aux engins agricoles. Cette approche ouvre la voie à l’optimisation et à de nouvelles méthodes d’automatisation de manœuvres complexes, notamment des demi-tours en bout de champ. Il est par ailleurs possible de démontrer qu’une trémie en position arrière permet de réaligner plus rapidement la barre de semis après une manœuvre. L’étude des conditions du transport pneumatique a montré notamment que l’établissement de conditions de transport correctes au niveau des sorties de la tête de distribution conditionne l’ensemble de la conception du circuit de distribution de la matière. L’étude des systèmes de répartition des semences a permis d’expliquer l’origine des principaux défauts de répartition observés et notamment l’importance de l’adéquation entre le coude et la conduite verticale qui précède la tête de répartition des semences. Ces résultats ont ouvert la voie à l’étude de la mise en place de systèmes d’anticipation et de correction de ces défauts. Enfin l’étude comparée de deux systèmes d’introduction de la matière dans un circuit pneumatique a montré que du point de vue énergétique les systèmes pressurisés sont plus intéressants que les systèmes injecteurs. / In the context of sustainable farming, the optimization of the energy costs of agricultural operations allows shorter working times and high quality of the agricultural operations. This question relates particularly to the seeding. This operation one is decisive for the quality of the future harvest. The modern high capacity seed drills must be compatible with all the constraints. The main goal of this PhD thesis is thus to develop an innovative methodology, integrating the modeling tools, in order to reduce the energy consumption of the heavy seeding equipment. Thus, we explored four key aspects concerning air seed drill design: maneuverability of poly-articulated seed drills; establishment of the pneumatic conveying conditions of seeds and fertilizers; seed distribution accuracy optimization, and finally the energy aspects of the air stream loading systems. Each modeling was preceded by a preliminary experimental phase, defying the majority phenomena influencing the studied process. The modeling of the studied process and the conclusions (supported by experimental trials) have been proposed for the design of air seed drills. The study of maneuverability of poly-articulated agricultural machines showed that it was possible to get and test an explanatory model of trajectory prediction adapted for agricultural machines. This approach opens the way for optimization and automation of complex operations, including U-turns on headlands. We showed that a towed behind storage hopper (air-cart) allows faster realignment of the coulter bar after maneuvers. The study of pneumatic conveying conditions showed that the establishment of the correct conveying conditions in the outlets after the dispensing head defines the entire design of the distribution system. The study of seed distribution systems explains that the origin of the low distribution accuracy is caused in particular by the elbow and the vertical pipe before the dispensing head. These results open the way for the development of anticipation systems and correction of these defects. Finally the comparative study of two air-stream loading systems has showed that from the energy point of view the pressurized systems are more interesting than the injectors systems. / В рамках концепции устойчивого развития, необходимо учитывать энергетический аспект, сохраняя при этом эффективность использования рабочего времени и качества выполнения сельскохозяйственных операций. Особенно, это касается операции посева, определяющей в наибольшей степени будущий урожай. Современные широкозахватные зерновые сеялки и посевные комплексы вписываются в рамки устойчивого сельского хозяйства. Главной целью данной диссертации является разработка действенной методики проектирования пневматических сеялок, применяя методы моделирования и оптимизации, с целью уменьшения энергопотребления. Таким образом, мы использовали причинно-следственный подход для энергетической оптимизации четырех определяющих параметров: маневренность многозвеньевых посевных машин, обоснования необходимых условий пневмотранспорта, оптимизация распределения посевного материала, и ввода материала в магистральный трубопровод. В дополнение, снижение энергопотребления не должно сказываться на качестве выполнения технологического процесса посева. Моделирование каждого процесса, является следствием длительной экспериментальной фазы, посвященной определению наиболее значимых факторов, для каждого отдельного явления. В результате моделирований, симуляций и анализа, были составлены практические рекомендации, для конструкторов пневматических сеялок. Изучение маневренных характеристик многозвеньевых агрегатов позволило предложить и испытать физическую модель, позволяющую предопределить траекторию движение каждого звена машинно-тракторного агрегата. Такой подход позволяет автоматизировать выполнение наиболее сложных маневров (например, разворотов в конце гона). Кроме всего было показано, что заднеприцепные бункера позволяют более быстрое выравнивание агрегата после разворота. Изучение условий пневмотранспорта, позволило установить оптимальные, с точки зрения энергосбережения, параметры пневмотранспорта на выходе из распределительной головки, что послужило исходными данными для расчета характеристик пневмотранспорта в целом. Исследование процесса распределения семян в распределительной головке вертикального типа, позволило определить причины неравномерного распределения семян между выходными трубопроводами, в частности влияние отвода и вертикального трубопровода. На основании полученных данных, было предложена система устройств, позволяющих избежать возникновения завалов в системе, при минимальных энергопотерях. Сравнительные исследования двух систем ввода материала в магистральный трубопровод, позволили заключить, что питатели с наддувом являются менее энергоемкими по сравнению с питателями эжекторного типа.

Les plasmas froids produits par les décharges électriques sont des gaz faiblement ionisés, ce qui maintient la température du gaz à une température proche de la température ambiante, contrairement à la température de l'électron qui peut atteindre plusieurs électron-volts. Les applications des plasmas froids en médecine et en agriculture sont des nouveaux domaines de recherche multidisciplinaires basés sur les interactions de ces plasmas avec des organismes vivants. Le champ électrique ainsi que les espèces réactives de l’oxygène et de l'azote peuvent inactiver les bactéries, stimuler la régénération de la peau (dermatologie), la réduction tumorale (oncologie) et la germination des graines (agriculture). Ces nouveaux domaines de recherche, basé sur la chimie produite par l’interaction plasma-liquide est très prometteur et se développe rapidement. L’objectif de ce travail est d’étudier les interactions entre les plasmas froids et l’eau pour les applications biologiques, d’une part la promotion de la germination des graines au moyen d’une décharge à barrière diélectrique (DBD) et, d’autre part, l’effet ex vivo d’un traitement par jet de plasma froid sur la peau.Ce manuscrit est divisé en cinq chapitres: i) On présente tout d'abord une revue de la littérature présentant l'état de l’art concernant l'interaction plasma-liquide et les principales avancées en matière d'applications des plasmas froids à la germination des semences. Ii) Deuxièmement, les dispisitifs expérimentaux sont décrits, en particulier la fabrication de réacteurs à plasma utilisant l’impression 3D. Iii) Ensuite, la production d'espèces réactives gazeuses et aqueuses formées par des plasmas de type DBD a été mesurée quantitativement et l'interaction plasma-liquide a été analysée. Iv) Puis, plusieurs variétés de graines ont été sélectionnées pour évaluer l’effet un traitement par plasma DBD ; l'étude des mécanismes de promotion de la germination du plasma a été spécifiquement étudiée en traitant les graines de soja vert dans différentes conditions de décharge, dans différents milieux, avec un champ électrique seul et dans différentes conditions de cultures ou de niveau d'hydratation des graines.v) Enfin, l'imagerie paramétrique de Muller (MPI) a été appliquée pour la modification de la peau de souris ex vivo traitées par un plasma à jet d'hélium. / Non-Thermal-Plasmas (NTP) produced by electric discharges are weakly ionized gases, which keeps the gas temperature at near room temperature contrary to the electron temperature which can reach several electron-Volts. Applications of NTP to medicine and agriculture are new multidisciplinary research fields based on interactions of the Non-Thermal-Plasmas with living organisms. Electric field as well as Reactive Oxygen and Nitrogen Species produced by NTP may inactivate bacteria, stimulate skin regeneration (dermatology), tumor reduction (oncology) and seeds germination (agriculture). These new fields of research are based on the plasma-liquid chemistry. The objective of this work is to study the NTP interacting with water for biological applications including on one hand, the promotion of the germination of seeds using a Dielectric Barrier Discharge (DBD) and on the other hand, the effect of a plasma jet treatment ex vivo on skinThis manuscript is divided in five chapters: i) First a literature review is presented showing the state of the art of the plasma-liquid interaction, and the main advances of the application of non thermal plasmas to seed germination. Ii) Second, experimental set ups are described, in particular the manufacturing of plasma reactors using 3D printing. Iii) then , the production of gaseous and aqueous reactive species formed by DBD plasmas was measured quantitatively and plasma-liquid interaction was analyzed. Iv) Next, different varieties of seeds were selected to evaluate the effect of a DBD plasma treatment and the study of the mechanisms of plasma germination promotion was specifically investigated by treating mung bean seeds in different discharge conditions, in different mediums, in electric field alone and in different hydration levels of seeds.v) Finally, Muller parametric imaging (MPI) was applied to study the modification of ex vivo mice skin treated by a helium jet plasma.