Les systèmes sensoriels encodent l’information sur notre environnement sous la forme d’impulsions électriques qui se propagent dans des réseaux de neurones. Élucider le code neuronal – les principes par lesquels l’information est représentée dans l’activité des neurones – est une question fondamentale des neurosciences. Cette thèse constituée de 3 études (E) s’intéresse à deux types de codes, la synchronisation et l’adaptation, dans les neurones du cortex visuel primaire (V1) du chat. Au niveau de V1, les neurones sont sélectifs pour des propriétés comme l’orientation des contours, la direction et la vitesse du mouvement. Chaque neurone ayant une combinaison de propriétés pour laquelle sa réponse est maximale, l’information se retrouve distribuée dans différents neurones situés dans diverses colonnes et aires corticales. Un mécanisme potentiel pour relier l’activité de neurones répondant à des items eux-mêmes reliés (e.g. deux contours appartenant au même objet) est la synchronisation de leur activité. Cependant, le type de relations potentiellement encodées par la synchronisation n’est pas entièrement clair (E1). Une autre stratégie de codage consiste en des changements transitoires des propriétés de réponse des neurones en fonction de l’environnement (adaptation). Cette plasticité est présente chez le chat adulte, les neurones de V1 changeant d’orientation préférée après exposition à une orientation non préférée. Cependant, on ignore si des neurones spatialement proches exhibent une plasticité comparable (E2). Finalement, nous avons étudié la dynamique de la relation entre synchronisation et plasticité des propriétés de réponse (E3). Résultats principaux — (E1) Nous avons montré que deux stimuli en mouvement soit convergent soit divergent élicitent plus de synchronisation entre les neurones de V1 que deux stimuli avec la même direction. La fréquence de décharge n’était en revanche pas différente en fonction du type de stimulus. Dans ce cas, la synchronisation semble coder pour la relation de cocircularité dont le mouvement convergent (centripète) et divergent (centrifuge) sont deux cas particuliers, et ainsi pourrait jouer un rôle dans l’intégration des contours. Cela indique que la synchronisation code pour une information qui n’est pas présente dans la fréquence de décharge des neurones. (E2) Après exposition à une orientation non préférée, les neurones changent d’orientation préférée dans la même direction que leurs voisins dans 75% des cas. Plusieurs propriétés de réponse des neurones de V1 dépendent de leur localisation dans la carte fonctionnelle corticale pour l’orientation. Les comportements plus diversifiés des 25% de neurones restants sont le fait de différences fonctionnelles que nous avons observé et qui suggèrent une localisation corticale particulière, les singularités, tandis que la majorité des neurones semblent situés dans les domaines d’iso-orientation. (E3) Après adaptation, les paires de neurones dont les propriétés de réponse deviennent plus similaires montrent une synchronisation accrue. Après récupération, la synchronisation retourne à son niveau initial. Par conséquent, la synchronisation semble refléter de façon dynamique la similarité des propriétés de réponse des neurones. Conclusions — Cette thèse contribue à notre connaissance des capacités d’adaptation de notre système visuel à un environnement changeant. Nous proposons également des données originales liées au rôle potentiel de la synchronisation. En particulier, la synchronisation semble capable de coder des relations entre objets similaires ou dissimilaires, suggérant l’existence d’assemblées neuronales superposées. / Sensory systems encode information about our environment into electrical impulses that propagate in networks of neurons. Understanding the neural code – the principles by which information is represented in neuronal activity – is one of the most fundamental issues in neuroscience. This thesis investigates in a series of 3 studies (S) two coding mechanisms, synchrony and adaptation, in neurons of the cat primary visual cortex (V1). In V1, neurons display selectivity for image features such as contour orientation, motion direction and velocity. Each neuron has at least one combination of features that elicits its maximum firing rate. Visual information is thus distributed among numerous neurons within and across cortical columns, modules and areas. Synchronized electrical activity between cells was proposed as a potential mechanism underlying the binding of related features to form coherent perception. However, the precise nature of the relations between image features that may elicit neuronal synchrony remains unclear (S1). In another coding strategy, sensory neurons display transient changes of their response properties following prolonged exposure to an appropriate stimulus (adaptation). In adult cat V1, orientation-selective neurons shift their preferred orientation after being exposed to a non-preferred orientation. How the adaptive behavior of a neuron is related to that of its neighbors remains unclear (S2). Finally, we investigated the relationship between synchrony and orientation tuning in neuron pairs, especially how synchrony is modulated during adaptation-induced plasticity (S3). Main results — (S1) We show that two stimuli in either convergent or divergent motion elicit significantly more synchrony in V1 neuron pairs than two stimuli with the same motion direction. Synchronization seems to encode the relation of cocircularity, of which convergent (centripetal) and divergent (centrifugal) motion are two special instances, and could thus play a role in contour integration. Our results suggest that V1 neuron pairs transmit specific information on distinct image configurations through stimulus-dependent synchrony of their action potentials. (S2) We show that after being adapted to a non-preferred orientation, cells shift their preferred orientation in the same direction as their neighbors in most cases (75%). Several response properties of V1 neurons depend on their location within the cortical orientation map. The differences we found between cell clusters that shift in the same direction and cell clusters with both attractive and repulsive shifts suggest a different cortical location, iso-orientation domains for the former and pinwheel centers for the latter. (S3) We found that after adaptation, neuron pairs that share closer tuning properties display a significant increase of synchronization. Recovery from adaptation is accompanied by a return to the initial synchrony level. Synchrony therefore seems to reflect the similarity in neurons’ response properties, and varies accordingly when these properties change. Conclusions — This thesis further advances our understanding of how visual neurons adapt to a changing environment, especially regarding cortical network dynamics. We also propose novel data about the potential role of synchrony. Especially, synchrony appears capable of binding various features, whether similar or dissimilar, suggesting superimposed neural assemblies.

Qu'il tente de prévenir la chute d'une personne âgée, de traduire la langue des signes ou de contrôler un humain virtuel, l'analyse de gestes est un vaste domaine de recherche qui s'attelle à reconnaître, classifier, segmenter, indexer ou encore évaluer différents types de mouvements. Cependant, peu de travaux se concentrent sur cette dernière approche d'évaluation. Ce travail de thèse propose de mettre en place un outil d’évaluation automatique et générique d’un geste sportif, reposant sur l’utilisation d’une base de données de gestes experts acquis via un système de capture de mouvements. Afin d’extraire un mouvement de référence, l’algorithme de déformation temporelle dynamique (DTW) est considéré pour aligner puis moyenner les gestes. Les méthodes d’alignements et de moyennage de séries temporelles se confrontant aux conséquences néfastes de chemins de déformation du DTW pathologiques, des contraintes locales sont ajoutées et donnent lieu à un nouvel algorithme appelé CDBA. La qualité d’un geste est estimée spatialement et temporellement à chaque instant et pour chaque membre par comparaison avec le geste de référence et pondérée par la dispersion des données expertes autour de ce geste moyen. Le processus ainsi mis en place est validé à partir de gestes de karaté et de tennis annotés par des entraîneurs. Un premier prototype d’outil d’entraînement en ligne est finalement proposé et laisse entrevoir les potentialités d’usage qui pourraient être menées à la suite de ce travail. / Either to reduce falling risks in elderly people, to translate the sign language or to control a virtual human being, gesture analysis is thriving research field that aims at recognizing, classifying, segmenting, indexing and evaluating different types of motions. As few studies tackle the evaluation process, this PhD focuses on the design of an autonomous system for the generic evaluation of sport-related gestures. The tool is trained on the basis of experts’ motions recorded with a motion capture system. Dynamic Time Warping (DTW) is deployed to obtain a reference gesture thanks to data alignment and averaging. Nevertheless, this standard method suffers from pathological paths issues that reduce its effectiveness. For this reason, local constraints are added to the new DTW-based algorithm, called CDBA (Constrained DTW Barycenter Averaging). At each time step and for each limb, the quality of a gesture is spatially and temporally assessed. Each new motion is compared to the reference gesture and weighted in terms of data dispersion around the reference.The process is validated on annotated karate and tennis databases. A first online training prototype is given in order to prompt further research on this subject.

Notre thèse, intitulée La dynamique linguistique des relations spatiales en créole réunionnais et sa contribution à la question de l'illettrisme, s'inscrit en linguistique descriptive et choisit d'interroger la problématique de la spatialité avec les outils et les méthodes de la linguistique fonctionnelle en synchronie dynamique pour le créole réunionnais (Martinet : 1989, Staudacher-Valliamée : 1999). Les enquêtes réalisées sur le terrain créolophone réunionnais rassemblent un corpus de 24 idiolectes dans un échantillonnage représentatif de plusieurs classes d'âge, de lieux géographiques et de difficultés de pratique du français (langue officielle). L'analyse syntaxique et prosodique des relations spatiales repose sur un échantillonnage de 607 syntagmes prédicatifs. Cette thèse établit le lien entre les relations spatiales, le programme valenciel (Tesnière : 1965), l'ordre des mots en structures prédicatives. Le modèle fonctionnaliste est complété par les paramètres de la sémantique générale de Pottier (1992). Cette thèse apporte un éclairage nouveau avec l'identification du système spatial créole réunionnais, ce qui permet de le classer parmi les langues à cadre verbal et satellitaire (Talmy : 2008). Par les toponymes, le système spatial est ancré dans la mémoire collective créole et l'Histoire insulaire créolophone. La tradition orale créole implique des situations d'illettrisme spécifiques. Nos informateurs témoignent de leurs situations d'analphabétisme, d'illettrisme et de leurs difficultés d'apprentissage. Les retombées didactiques et pédagogiques de notre recherche contribuent à la remédiation ainsi qu'à l'outillage pour l'apprentissage du système spatial français. / Our thesis, entitled Linguistic dynamic of spatial relationships in Reunion Creole and its contribution to the illiteracy issue, fits in descriptive linguistic questioning the problematic of spatiality with tools and methods of functional linguistic in dynamic synchrony for Reunion Creole (Martinet : 1989, Staudacher-Valliamée : 1999). Surveys conducted in the field of Reunion Creole speakers gather a corpus of 24 idiolects in a representative sampling including several age groups, geographical locations and difficulty to practice French (official language of the department). Syntactic and prosodic analysis of spatial relationships relies on a sampling of 607 predicative phrases. This thesis establishes the link between spatial relationships, valence program (Tesnière : 1965), word order in predicative structures. The functionalist model is completed by Pottier's general semantic parameters (1992). This thesis brings a new perspective with the identification of the Reunion Creole spatial system, which allows its classification among the framework of verbal and satellite languages (Talmy : 2008). By the place of names, spatial system is rooted in Creole collective memory and Reunion Creole speaker insular History. Oral creole tradition involves specific situations of illiteracy. Our informants demonstrate their analphabetism, illiteracy and their learning difficulties. The didactic and educational fallout from our research contribute to the remediation and tooling for the learning of French spatial system descriptive linguistic.

L'étude des interactions précoces est complexe mais essentielle à la compréhension de la psychopathologie de la petite enfance. La négligence émotionnelle est une forme courante mais discrète de maltraitance. Elle correspond à une défaillance chronique de la part du parent à offrir à l'enfant, au sein de leur relation, un environnement affectif suffisamment bon pour son développement. Notre recherche explore les interactions précoces mère-enfant de ces situations de négligence émotionnelle par une approche transdisciplinaire à travers deux dimensions : la synchronie et la mentalisation réflexive maternelle. La synchronie est une caractéristique dyadique et temporelle de l'interaction qui traduit la fluidité et la qualité d'un échange par une adaptation dynamique et réciproque des comportements et états émotionnels des partenaires interactifs. Elle constitue un signal social en soi, facteur de qualité de l'interaction. La mentalisation réflexive, traduction du terme Insightfulness (Oppenheim, 2001), évoque la capacité du parent à prendre le point de vue de l'enfant et à comprendre, de façon empathique, les motivations sous-jacentes à ses comportements. Les objectifs de cette recherche sont (1) d'analyser la dynamique comportementale des interactions précoces en élaborant une méthodologie d'analyse computationnelle et (2) d'évaluer l'influence des capacités maternelles de mentalisation réflexive et notamment de leur dynamique intrapsychique, sur la dynamique interactive, dans les situations de négligence émotionnelle. Des mères et leur enfant de 13 à 38 mois, appartenant au groupe en situation de négligence émotionnelle (N=10) et au groupe contrôle sans trouble des interactions (N=9), sont filmés au cours d'un jeu interactif libre. Les vidéos font l'objet d'une double évaluation clinique et computationnelle. La première permet d'obtenir une évaluation clinique globale de la qualité de l'interaction par le Coding Interactive Behavior (Feldman et Keren 1998; Viaux 2014). La seconde, par les techniques de traitement du signal social, offre l'accès à une micro-analyse computationnelle des mouvements des partenaires et de leurs échanges dyadiques. Dans un second temps, 14 mères (n=7 mères en situation de négligence et n=7 mères sans trouble des interactions) ont visionné des extraits de la vidéo de leurs interactions, au cours d'un entretien semi-structuré, l'Insightfulness Assessment (Oppenheim et Koren-Karie, 2001) afin d'évaluer leurs capacités de mentalisation réflexive. Une analyse additionnelle des verbatim a permis d'accéder à des éléments de la dynamique intrapsychique. Les résultats mettent en évidence de nombreuses corrélations significatives les dimensions du CIB (notamment la sensibilité, l'intrusivité maternelle et la réciprocité dyadique) et la micro-analyse automatique (à travers l'activité du corps de la mère). Par ailleurs, les situations de négligence émotionnelle présentent des difficultés de mentalisation empathique. Les entretiens sont caractérisés par des représentations appauvries de leur enfant et des difficultés d'élaboration autour des affects et de la relation mère enfant. La dynamique intrapsychique, influencée par les problématiques inconscientes, s'associe en partie à la dynamique interactive comportementale. Il apparaît que la compréhension de la qualité de l'interaction peut passer par une observation sur une échelle de temps réduite de la dynamique interactive. Par ailleurs, un entretien avec support vidéo étaye l'élaboration de la mère et favorise une mise en mouvement intrapsychique, pouvant constituer ainsi un levier thérapeutique. / Studying early interaction is complex but essential for understanding psychopathology during infancy. Emotional Neglect is a common but insidious form of child maltreatment. It refers to parental failure to give children an emotional environment that allows adequate psychological, cognitive and physical development. We explore mother-infant interaction in these situations following a transdisciplinary approach which consider Synchrony and Insightfulness. Synchrony is a dynamic and reciprocal adaptation of the temporal structure of behaviour and shared affect between interactive partners. It is regarded as a social signal per se. Insightfulness involves the parents' ability to see things from the child point of view and to empathically think about and consider the motives underlying their childrens' behaviour. The aims of this research are (A) to report a novel method to assess features of interactive behavioral dynamics and (B) to assess/underline the impact of Insighfulness, in particular its dynamics, on interactive behavioral dynamics in case/situations of severe emotional neglect. Mothers and children aged from 13 to 38 months (10 in situation of severe emotional neglect and 10 controls) are video recorded during free play. Features of social signal extract by our automatic computational method are compared to qualitative interaction assessment by using the Coding Interactive Behaviour in its French version (Feldman et Keren 1998; Viaux 2014). Secondly, 14 mothers (7 in situation of emotional neglect and 7 without interaction problem) are interviewed during a video-feedback session by using the Insightfulness Assessment (Oppenheim, Koren-Karie, 2001) to assess Insightfulness. An additional qualitative verbatim analysis was performed to explore intrapsychic dynamics. Self-administered questionnaires (BITSEA and Care Support) are proposed to mothers. Results show that individual and synchrony motion features perfectly correlates CIB composite scores trough maternal sensitivity, intrusivity and dyadic reciprocity. Furthermore, pathological mothers are mostly categorised as non-Insighful. Interviews are characterized by poor representations and a lack of elaboration. Intrapsychic dynamics is partly associated with interactive behavioral dynamics. We conclude that computational method might be promising for future studies. It opens an observation window to understand early interactions by changing the time scale. Moreover, interview with a video support seems to underpin maternal elaboration and enhance an intrapsychic movement.

Les Interfaces Cerveau-Machine sont des dispositifs permettant d'instaurer un canal de communication entre le cerveau humain et le monde extérieur sans utiliser les voies usuelles nerveuses et musculaires. Le développement de tels systèmes se situe à l'interface entre le traitement du signal, l'apprentissage statistique et la neurophysiologie. Dans cette thèse, nous avons réalisé et étudié un dispositif d'Interface Cerveau-Machine non invasif asynchrone, c'est-à-dire capable d'identifier des actions mentales associées à des tâches motrices ou cognitives imaginées sans synchronisation sur un événement contrôlé par un système externe. Celui-ci est basé sur l'analyse en temps réel de signaux électro-encéphalographiques (EEG) issus d'électrodes disposées à la surface de la tête d'un sujet humain. Du point de vue méthodologique, nous avons implémenté plusieurs techniques de prétraitement de ces signaux et comparé leur influence sur les performances du système. Ces techniques comprennent : 1) l'utilisation directe du signal issu des capteurs EEG, 2) l'exploitation de méthodes de séparation de sources qui permettent de résumer les signaux EEG par un faible nombre de composantes spatiales et 3) la reconstruction de l'activité des sources de courant corticales par résolution du problème inverse en EEG. De plus, plusieurs mesures permettant de quantifier l'activité cérébrale sont exploitées et comparées : la puissance spectrale, la cohérence et la synchronie de phase. Nos résultats montrent que la reconstruction préalable de l'activité corticale par problème inverse, ainsi que l'utilisation de mesures d'interaction à distance permettent d'améliorer les performances du dispositif.

Le sommeil est un besoin vital et le bon fonctionnement de l’organisme dépend de la quantité et de la qualité du sommeil. Le sommeil est régulé par deux processus : un processus circadien qui dépend de l’activité des noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus et qui régule le moment durant lequel nous allons dormir, et un processus homéostatique qui dépend de l’activité neuronale et se reflète dans l’intensité du sommeil. En effet, le sommeil dépend de l’éveil qui le précède et plus l’éveil dure longtemps, plus le sommeil est profond tel que mesuré par des marqueurs électroencéphalographiques (EEG). Des études ont montré que le bon fonctionnement de ces deux processus régulateurs du sommeil dépend de la plasticité synaptique. Ainsi, les éléments synaptiques régulant la communication et la force synaptique sont d’importants candidats pour agir sur la physiologie de la régulation du sommeil. Les molécules d’adhésion cellulaire sont des acteurs clés dans les mécanismes de plasticité synaptique. Elles régulent l’activité et la maturation des synapses. Des études ont montré que leur absence engendre des conséquences similaires au manque de sommeil. Le but de ce projet de thèse est d’explorer l’effet de l’absence de deux familles de molécule d’adhésion cellulaire, les neuroligines et la famille des récepteur Eph et leur ligand les éphrines dans les processus régulateurs du sommeil. Notre hypothèse est que l’absence d’un des membres de ces deux familles de molécule affecte les mécanismes impliqués dans le processus homéostatique de régulation du sommeil. Afin de répondre à notre hypothèse, nous avons étudié d’une part l’activité EEG chez des souris mutantes n’exprimant pas Neuroligine‐1 (Nlgn1) ou le récepteur EphA4 en condition normale et après une privation de sommeil. D’autre part, nous avons mesuré les changements moléculaires ayant lieu dans ces deux modèles après privation de sommeil. Au niveau de l’activité EEG, nos résultats montrent que l’absence de Nlgn1 augmente la densité des ondes lentes en condition normale et augment l’amplitude et la pente des ondes lentes après privation de sommeil. Nlgn1 est nécessaire au fonctionnement normal de la synchronie corticale, notamment après une privation de sommeil, lui attribuant ainsi un rôle clé dans l’homéostasie du sommeil. Concernant le récepteur EphA4, son absence affecte la durée du sommeil paradoxal ainsi que l’activité sigma qui dépendent du processus circadien. Nos résultats suggèrent donc que ce récepteur est un élément important dans la régulation circadienne du sommeil. Les changements transcriptionnels en réponse à la privation de sommeil des souris n’exprimant pas Nlgn1 et EphA4 ne sont pas différents des souris sauvages. Toutefois, nous avons montré que la privation de sommeil affectait la distribution des marques épigénétiques sur le génome, tels que la méthylation et l’hydroxyméthylation, et que l’expression des molécules régulant ces changements est modifiée chez les souris mutantes pour le récepteur EphA4. Nos observations mettent en évidence que les molécules d’adhésion cellulaire, Nlgn1 et le récepteur EphA4, possèdent un rôle important dans les processus homéostatique et circadien du sommeil et contribuent de manière différente à la régulation du sommeil. / Sleep is a vital need and the proper functioning of the body depends on the amount and quality of sleep. Sleep is regulated by two processes: a circadian process that depends on the activity of suprachiasmatic nuclei of the hypothalamus and regulates the time of day during which we are going to sleep, and a homeostatic process that seems to depend on neuronal activity and that reflects sleep intensity. The homeostatic process controls a pressure for sleep as a function of the amount of time spent awake. Indeed, sleep quality depends on the duration of preceding wakefulness, the more one is awake, deeper the sleep afterwards as measured by electroencephalographic markers (EEG). Studies have shown that the proper functioning of these two sleep regulatory processes depends on synaptic plasticity. Thus, elements that regulate synaptic communication and synaptic strength are important candidates to act upon the physiology of sleep regulation. Cell adhesion molecules are key elements regulating synaptic plasticity. They control synapse activities and maturation. Studies have shown that their absence leads to consequences similar to sleep deprivation. The aim of this study is to explore the effect of the absence of two different cellular adhesion molecule, Neuroligin‐1 and EphA4 receptor in sleep regulatory processes. Our hypothesis is that the absence of either of these molecules will affect sleep regulation and more specifically sleep homeostasis. To address our hypothesis, we first studied EEG activity in mice which do not express Nlgn1 and EphA4 in normal condition or after sleep deprivation. Secondly, we measured the molecular changes that occur in these two models after sleep deprivation. At the level of EEG activity, our results show that the absence of Nlgn1 increases the density of slow waves under baseline condition, and that the amplitude and slope of slow waves are increased after sleep deprivation. We concluded that Nlgn1 is required for normal functioning of cortical synchrony especially after sleep deprivation, thereby giving it a key role in sleep homeostasis. Regarding the EphA4 receptor, its absence affects the duration of paradoxal sleep and sigma activity which are known to depend on the circadian process. These results suggest that the EphA4 receptor is an important element in the circadian regulation of sleep. The transcriptional response after sleep deprivation in mice not expressing Nlgn1 or EphA4 is not different from that in wild‐type mice. However, we found that sleep deprivation affects the distribution of specific epigenetic markers like methylation and hydroxymethylation and the expression of molecules regulating these changes is altered in EphA4 null mice. Our observations show that two cell adhesion molecules, Nlgn1 and EphA4 receptor, have an important role in the homeostatic and circadian sleep process and contribute differentially to sleep regulation.

L’utilisation de réseaux de neurones artificiels pour divers types de traitements d’information bio-inspirés est une technique de plus en plus répandue dans le domaine de l’intelligence artificielle. Leur fonctionnement diffère avantageusement de celui des ordinateurs conventionnels en permettant une plus grande parallélisation des calculs, ce qui explique pourquoi autant d’efforts sont déployés afin de réaliser une plate-forme matérielle dédiée à leur simulation. Pour ce projet, une architecture matérielle flexible simulant efficacement un réseau de neurones à décharges est présentée. Celle-ci se distingue des architectures existantes notamment parce qu’elle utilise une approche de simulation à événements discrets et parce qu’elle permet une détection efficace des événements simultanés. Ces caractéristiques en font une plate-forme de choix pour la simulation de réseaux de neurones à décharges de plus de 100 000 neurones où un niveau important de synchronie des décharges neuronales est atteint. Afin d’en démontrer les performances, une application en traitement d’images utilisant cette architecture a été réalisée sur FPGA. Cette application a permis de démontrer que la structure proposée pouvait simuler jusqu’à 2[indice supérieur 17] neurones et traiter des dizaines de millions d’événements par secondes lorsque cadencé à 100 MHz.

Bien que l’écologie de la truite (Salmo trutta) ait déjà été bien étudiée, les processus expliquant la dynamique spatio-temporelle des populations restent à caractériser. L’objectif de cette thèse était d’identifier les processus démographiques (ex. survie ou déplacements) et l’influence des processus biotiques (interactions entre individus) et abiotiques (conditions environnementales) qui structurent dans le temps et dans l’espace les différentes classes d’âge (alevins, juvéniles et adultes) de ces populations. J’ai étudié l’influence sur la survie apparente de (1) la densité-dépendance et (2) des conditions environnementales vécues directement par les truites (habitat hydraulique et température de l’eau). Pour évaluer la transférabilité des résultats, j’ai évalué (3) l’échelle spatiale (globale ou locale) à laquelle opéraient les processus et (4) si ces processus variaient entre populations (approche hiérarchique). J’ai considéré la dynamique de 45 populations de truites dont 22 sont situées à l’aval d’un ouvrage hydroélectrique. A large échelle, il est apparu que le recrutement de populations séparées par des distances allant jusqu’à 75km peut être synchronisé par de fortes crues lors de l’émergence des alevins ou des déplacements du substrat de ponte. Nous avons synthétisé les résultats de l’application d’un modèle déterministe de dynamique de population, calibrés localement sur neuf stations aux conditions environnementales bien caractérisées. Cette synthèse a montré que des processus locaux influençaient directement la dynamique des populations. Enfin, la construction d’un modèle hiérarchique a montré le rôle structurant de la mortalité densité-dépendante des juvéniles et des adultes, dont l’intensité augmentait en l’absence d’abris (<2% de la surface) ou variait avec la température de l’eau (diminution pour les juvéniles et augmentation pour les adultes). Ce travail fournit des bases scientifiques aux gestionnaires d’ouvrages hydro-électriques pour leur permettre de limiter leur influence sur les populations de poissons et répondre ainsi aux demandes réglementaires / Brown trout (Salmo trutta) ecology was largely studied. However, the process structuring the spatiotemporal patterns of population dynamics remains unclear. The objective of this thesis was to identify the demographic processes (e.g. survival or displacements) and the influence of biotic (between-individuals interactions) and abiotic (environmental conditions) processes structuring the age-stages (fry, juveniles and adults) of these populations in time and space.I studied (1) the role of density-dependence on survival and (2) the influence of environmental conditions experienced by trouts (hydraulics and water temperature). To assess the results’ transferability, I studied (3) the spatial scale (global or local) of influence of the processes and (4) if those processes varied among populations (hierarchical approach).I considered the dynamics of 45 trout populations, 22 being located downstream a hydropower facility. At a large scale, the recruitment of distant populations (up to 75 km apart) may be synchronized by large floods during emergence of fry or by spawning substratum displacements. We summarized the results of a determinist population dynamics models, locally calibrated on nine reaches showing well-described environmental conditions. This summary revealed the influence of various local drivers on population dynamics. Finally, a hierarchical model showed that density-dependent mortality among juveniles and adults was a key biotic process. The strength of the competition was greater in absence of shelter (<2% of the surface) and varied with water temperature (decreasing for juveniles and increasing for adults).The results of this work will provide scientific basis to hydropower facility managers. This will help them to reduce their influence on trout populations and respond to regulatory demands

Le changement climatique continue d'affecter la dynamique des paysages forestiers à grande échelle. Cependant, il demeure incertain comment ces changements affecteront les forêts futures et en particulier les épidémies des insectes ravageurs forestiers. Le changement climatique affecte l’émergence des insectes, en perturbant notamment la synchronisation phénologique entre les insectes herbivores et leurs arbres hôtes. De telles perturbations peuvent avoir des conséquences importantes sur le moment de l’émergence, l'étendue et la gravité de l'épidémie. Cette étude vise à comprendre comment le changement climatique pourrait affecter la synchronie phénologique entre la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana), un défoliateur indigène, et ses espèces hôtes (Abies balsamea et Picea mariana) et comment cela pourrait affecter l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette dans la région de la Côte-Nord au Québec, Canada. Nous avons exploré les effets de deux facteurs expérimentaux sur l'étendue des épidémies à l'aide d'un modèle de simulation stochastique spatialement explicite à base d’agents (MBA): (1) la température quotidienne représentée selon deux niveaux d'augmentation (+2°C et +4°C) relative à une base de référence 2016 et (2) la variation de la phénologie des arbres hôtes correspondant aux différents niveaux d'incertitude (SD) concernant le moment du débourrement des bourgeons. Nous avons évalué comment ces facteurs ont affecté la variation de l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette et la complexité spatiale du patch épidémique sur un horizon de simulation de 20 ans. Nos résultats de simulation indiquent que la synchronisation phénologique arbres hôtes-insectes est fortement affectée par les changements de température, mais de manière non linéaire. Une augmentation de 2°C a permis de réduire l'étendue de l'épidémie en raison de la faible survie des larves, tandis qu'une augmentation de 4°C a entraîné une survie plus élevée des insectes et des épidémies plus importantes. Notre modèle peut aider à prévoir la dynamique future des forêts et faciliter l'élaboration de meilleures stratégies de gestion pour réduire l'effet des épidémies sur les paysages forestiers. / Climate change continues to affect forest landscape dynamics at a global scale. However, it remains uncertain how these changes will affect future forests and in particular outbreaks of forest insect pests. Climate change can affect outbreaking insects by disrupting phenological synchrony between herbivorous insects and their host trees. Such disruptions can have important consequences for outbreak timing, extent, and severity. This study aims to understand how climate change could affect the phenological synchrony between the spruce budworm (Choristoneura fumiferana), a native outbreaking defoliator, and its host trees (Abies balsamea and Picea mariana), and how this might affect the extent of spruce budworm outbreaks in the Côte-Nord region in Quebec, Canada. We explored the effects of two experimental factors on outbreak extent using a spatially explicit stochastic agent-based simulation model (ABM): (1) daily temperature represented as two levels of increase (+2°C and +4 °C) relative to a 2016 baseline, and (2) variation in host phenology represented as four different levels of uncertainty (SD) around the timing of budburst. We assessed how these factors affected variation in spruce budworm outbreak extent and outbreak patch spatial complexity over a 20-year simulation horizon. Our simulation results indicate that host trees-insect phenological synchrony is strongly affected by temperature changes, but in a non-linear way. An increase of 2°C was found to reduce outbreak extent due to poor larval survival, while an increase of 4°C resulted in higher insect survival and larger outbreaks. Our model can help to forecast future forest dynamics and facilitate the development of better management strategies to reduce the effect of outbreaks on forest landscapes.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.