L'explosion en enceinte fermée de suspensions de particules issues de la biomasse végétale (amidon, cellulose et particules ligno-cellulosiques) a été étudiée en vue de leur utilisation dans des systèmes propulsifs. Les performances susceptibles d'être obtenues avec ces particules ont été évaluées à l'aide d'un code thermochimique. Les pressions théoriques de combustion isochore des mélanges cellulose/air sont supérieures à celles des mélanges classiques hydrocarbure/air. Des expériences ont été effectuées dans une chambre cylindrique de volume 20l et de rapport d'allongement L/D = 2,2. Les pressions maximales d'explosion mesurées présentent un déficit de 30% par rapport aux pressions théoriques. Elles dépendent de la nature et de la concentration des particules et de l'état initial de la suspension. Il reste une proportion significative de particules imbrûlées dans la chambre pour les mélanges riches. Une étude spécifique du processus de génération de la suspension a été effectuée sur trois dispositifs : d'une part, par diagnostics optiques (mesure PIV et tomographie laser rapide) et, d'autre part, par des simulations numériques. Pour améliorer les performances, des expériences ont été effectuées dans des mélanges " hybrides " (particules de cellulose/méthane/air) et ont montré qu'à richesse globale équivalente, la pression d'explosion dans les mélanges hybrides est supérieure à celle dans les mélanges méthane/air et particules solides/air seuls et, la qualité d'imbrûlés est fortement diminuée. De plus, il est possible d'enflammer des mélanges méthane/air très pauvres lorsqu'ils sont en mélange avec une suspension de particules solides de concentration adéquate.

Dans cette thèse de physique appliquée à la physiologie végétale nous nous intéressons à deux phénomènes liés aux plantes. L'ascension capillaire dans des coins et la verse des céréales et des arbres. Lorsque les plantes sont soumises à de forts stress hydriques, des bulles de gaz apparaissent dans leur sève, c'est l'embolie. Il y a des situations avec interfaces sève/air dans les plantes. De plus nous observons sur les coupes anatomiques des plantes des géométries en forme de coin. Ces géométries et la présence d'interfaces liquide/vapeur permettraient l'ascension capillaire de la sève. Ceci pourrait réparer les embolies soit en remplissant les vaisseaux qui se sont vidés de leur sève, soit en assurant un flux de sève de secours, le temps que de nouveaux vaisseaux remplis de sève soient formés. Nous avons caractérisé la dynamique de l'ascension capillaire dans des géométries en forme de coin et nous l'avons appliquée à l'ascension capillaire dans des rameaux embolisés. La verse est la chute des plantes, elle est causée entre autre par le vent. Elle apparaît tous les ans dans les champs de céréales, détruisant en moyenne 30% des récoltes. Les forêts en sont aussi victimes lors des grandes tempêtes, on pense à Lothar et Martin en 1999 et Klaus en 2009 pour la France. La comparaison entre la vitesse des vents et le pourcentage d'arbres cassés indique une vitesse critique de 150 km/h pour laquelle presque tous les arbres sont détruits. En nous intéressant aux effets de la géométrie des plantes et à leur caractère fragile nous avons déterminé des critères de rupture et notamment retrouvé une vitesse critique proche de 150 km/h pour laquelle les arbres sont versés

Les conséquences des pollutions maritimes par huiles végétales ne se limitent pas aux effets dramatiques, similaires à ceux résultant des déversements d'hydrocarbures, visibles sur les oiseaux, les coquillages et crustacés, les activités maritimes et nautiques. Les expérimentations en laboratoire, en canal d'essai et en mer réalisées au cours de cette étude ont montré la dispersion des huiles végétales dans la colonne d'eau, la persistance des émulsions qu'elles forment avec l'eau de mer ainsi que la possibilité d'être transformées en polymères, qui seront difficilement dégradés. Ces phénomènes peuvent alors provoquer des dommages, moins visibles, sur le benthos, par exemple. De même, les produits chimiques flottants, souvent toxiques, peuvent tuer les organismes marins par leur dispersion dans l'eau. Ces constatations doivent inciter les autorités à récupérer rapidement ces types de polluants après un déversement. Les réponses opérationnelles ne seront pas influencées par les variations de salinité ou de température de l'eau en fonction de la zone touchée car ces paramètres n'affectent pas les processus d'émulsification ni de dispersion. De plus, la présence d'une faible quantité de particules en suspension peut faciliter la biodégradation des huiles végétales. Au contraire, les rayonnements U. V. augmentent le temps de résidence des huiles dans le milieu en provoquant leur polymérisation. Ces produits flottant à la surface de l'eau, il est possible d'utiliser les moyens de récupération classiques mis au point pour les hydrocarbures.

Les plantes se développent dans un environnement dynamique, ce qui impose souvent des contraintes sur la croissance et le développement. Parmi les facteurs environnementaux adverses, fréquemment rencontrés par les plantes terrestres, l'inondation ou submersion temporaire qui impose une hypoxie racinaire (1-2% d'oxygène). La submersion du sol peut avoir un très fort impact sur la survie des plantes, et donc sur la production agricole ainsi que les écosystèmes naturels. La plupart des études antérieures sur les altérations biologiques et biochimiques chez les plantes, dues au stress hypoxique, ont porté sur le métabolisme des sucres. Toutefois, quelques données concernant les effets de l'hypoxie racinaire sur le métabolisme azoté (N) sont récemment devenues disponibles. Le but de notre travail est d'étudier les effets de l'hypoxie racinaire sur le métabolisme azoté chez la plante modèle "Medicago truncatula". Les résultats obtenus ont montré que l'hypoxie racinaire entraine une augmentation significative de la biomasse aérienne (MF et MS) avec allongement des tiges et augmentation du nombre de feuilles pendant une période transitoire allant jusqu'à 5 semaines avant d'engendrer la mort des plantes. Les effets sur le métabolisme primaire ont été suivis par des analyses métabolomiques (GC-MS), marquage à l'azote (15N) et expression de gènes impliqués dans le métabolisme azoté. Nos résultats montrent que si l'hypoxie racinaire entraine des modifications sommes toute attendues des métabolismes de l'azote et du carbone, elle entraine également des réarrangements de ces métabolismes dans la partie aérienne non soumise à l'hypoxie. La réponse des parties aériennes en termes de croissance et de modification métabolique a été obtenue même quand une partie minoritaire seulement du système racinaire a été soumise à l'hypoxie suggérant une communication racine - partie aérienne qui mériterait d'être plus étudiée dans l'avenir.

Le feu dynamise la forêt boréale. De part son long cycle de feu, la forêt boréale de l'est du Québec présente une proportion élevée de vieilles forêts. Les perturbations secondaires y maintiennent une grande hétérogénéité dans l'habitat, permettant la présence d'une diversité d'espèces végétales. La coupe à blanc, qui a également eu lieu sur ce territoire, produit des impacts sur la végétation et le sol qui diffèrent de ceux du feu de forêt. Ceci peut conduire à une dissociation entre les successions végétales après coupe et après feu, en termes de diversité, de composition en espèces ou de variabilité dans les communautés végétales de sous-bois. Afin d'étudier ceci, nous avons comparé des chronoséquences après coupe et après feu. Notre dispositif se situe dans la Côte-Nord et comprend deux chronoséquences formées de 25 peuplements issus de feux et de 28 peuplements issus de coupes à blanc. La chronoséquence après feu comprend 5 classes d'âge, la dernière >200 ans, alors qu'après coupe, les classes sont 20-50 ans et 50-80 ans. Les variables environnementales ont été étudiées à l'intérieur d'une placette circulaire de 400 m2 et portent sur la structure et la composition du peuplement, le bois mort, le parterre forestier et le sol. Les plantes vasculaires et les bryophytes ont été inventoriées dans 20 quadrats de 1 m2. Des indices de biodiversité, des analyses de redondance (RDA) et des analyses de correspondance détendancées (DCA) ont été utilisés. Après un feu, une plus grande hétérogénéité de l'habitat s'observe en début de succession et après 150 ans, associée à une richesse plus élevée en plantes vasculaires et non-vasculaires. À la fermeture de la canopée, une diminution des espèces intolérantes à l'ombre se produit ainsi qu'une augmentation des mousses hypnacées au sol. Le parterre forestier présente alors moins de micro-habitats disponibles, ce qui explique la diminution de la richesse des bryophytes. Après 150 ans, les espèces plus sensibles et dépendantes des micro-habitats, telles les hépatiques, sont davantage riches et répandues. Ceci semble dû à la présence du sapin baumier et des perturbations secondaires. La variabilité de la composition des plantes vasculaires devient maximale en vieille forêt, ce qui peut s'expliquer par les divergences successionnelles des peuplements. De son côté, la coupe à blanc ne diminue pas la diversité des plantes vasculaires et non-vasculaires de sous-bois par rapport au feu pour les peuplements de même âge. Cependant, nous n'avons pas observé les mêmes changements successionnels pour les mêmes groupes d'espèces après coupe. La dominance des espèces résiduelles de forêt mature après coupe empêche la présence de changement chez les plantes vasculaires à la fermeture de la canopée. Toutefois, la richesse des hépatiques diminue dans le temps après coupe. Les limitations en quantité et en qualité du bois mort dans les peuplements coupés à blanc peuvent limiter les micro-habitats disponibles et constituer une atteinte au maintien des espèces sensibles sur ces territoires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : feu de forêt, coupe à blanc, forêt boréale, plantes de sous-bois, bryophytes, diversité, hétérogénéité de l'habitat

Cette étude présente un modèle biophysique de fonctionnement de culture capable de traduire la dynamique de l'évolution de tout couvert végétal, sous différentes conditions abiotiques du milieu (température, eau et rayonnement) mais aussi de sols et de climats. L'approche développée pour le suivi de la cinétique de croissance et de développement des couverts reste très proche de la réalité physiologique de leurs fonctionnements mais aussi de celle liée aux interventions humaines qui se trouve alors compatible avec l'échelle de notre modélisation. Alors que l'utilisation d'une simple loi linéaire d'action de la température par les modèles de fonctionnements des cultures permet de prendre en partie l'effet de l'action de la température sur une gamme assez limitée de température active des espèces végétales, l'approche, assez originale, adoptée dans ce modèle permet l'utilisation d'une vraie loi d'action de la température sur les différents processus biologiques liés au développement et à la croissance, valable sur toute la gamme des températures biologiquement actives. Aussi, cette approche très générique permet de suivre la cinétique des vitesses d'évolution de toutes entités d'une plante, quelque que soit l'espèce ou la variété, et de travailler à n'importe quelle échelle de temps (jour, heure). L'adaptation du modèle logistique (largement utilisé pour décrire les processus biologiques) au contexte physiologique des plantes a permis une description assez originale de la dynamique de la croissance en fonction du développement, prenant en compte à tout moment l'effet d'une contrainte du milieu et sa rétroaction sur la dynamique d'évolution du couvert. La régulation de la croissance a été possible dans ce modèle de développement-croissance à travers la modulation de sa vitesse de croissance (processus le plus sensible au stress) en fonction de deux stress les plus importants chez les végétaux, soit l'eau et le rayonnement. A partir d'un petit nombre de paramètres facilement abordable en bibliographie, il est possible de caractériser la dynamique d'évolution de tout type de couvert végétal évaluant en conditions de sol et de climat variés. Couplé au modèle de bilan hydrique Bilhyna, ce dernier est capable de fonctionner sous différentes situations du milieu, conditions pluviales limitantes notamment, et de gérer ainsi le manque d'eau avec des apports possibles par irrigation de complément où limitées aux besoins tout au long de la croissance intègre alors la rétroaction d'une contrainte du milieu sur la dynamique de l'évolution du couvert. Pour étudier notre modèle, nous avons confronté dans un premier temps les sorties du modèle de loi d'action de la température sur les vitesses de développement aux résultats expérimentaux concernant les cultures du Lin, du maïs et du blé, issus de plusieurs travaux d'auteurs assez connus et tirés de la bibliographie. La confrontation des résultats modèle-mesures a donné des résultats très satisfaisants. Nous avons dans une seconde partie confronté les sorties de l'ensemble du modèle biophysique couplé à bilhyna aux mesures expérimentales que nous avons réalisé au champ sur une période de cinq années, et portant sur deux cultures : le sorgho et du blé. Nous avons ainsi suivi l'évolution de la dynamique de ces couverts à travers leurs trois composantes (LAI, la hauteur du couvert et la profondeur de ses racines) de même que celle des stocks d'eau du sol durant toute la période de la croissance des cultures. Les résultats de la confrontation des sorties du modèle avec les mesures expérimentales ont été assez satisfaisants. [Suite et fin du résumé dans la thèse].

La bactérie Erwinia amylovora est responsable de la maladie du feu bactérien des Maleae (pommier, poirier...). Le pouvoir pathogène de cette bactérie dépend d'une seringue moléculaire appelé système de sécrétion de type 3 (SSTT). Ce SSTT permet à la bactérie d'injecter des effecteurs dans les cellules de la plante. Parmi les effecteurs injectés, DspA/E est l'effecteur indispensable au pouvoir pathogène d'E. amylovora. Cet effecteur est à lui seul capable de provoquer la mort des cellules chez le pommier et le tabac et permet à la bactérie de se multiplier de manière transitoire chez A. thaliana. L'objectif de ce travail de thèse était de comprendre la fonction de DspA/E dans la cellule végétale et d'identifier des facteurs végétaux impliqués dans la toxicité de DspA/E. Afin de répondre à cette question, des plantes transgéniques exprimant DspA/E sous contrôle d'un promoteur inductible à l'estradiol ont été construites.Dans un premier temps, la caractérisation phénotypique des lignées exprimant DspA/E a été effectuée. Les résultats obtenus montrent que DspA/E est toxique lorsqu'il est exprimé in planta (il provoque la mort des cellules, inhibe la germination, la croissance racinaire et la traduction) et permet la multiplication in planta d'un mutant dspA/E. Un crible de mutants suppresseurs de la toxicité de l'effecteur DspA/E a été effectué sur une lignée transgénique exprimant DspA/E dans le but d'identifier un ou plusieurs gènes impliqués dans la toxicité de DspA/E. Ce crible suppresseur a permis d'identifier un candidat potentiel impliqué dans la photo-respiration, la glycolate oxydase 2 (GOX2). L'analyse fonctionnelle réalisée sur le mutant gox2-2 a permis de montrer que le gène GOX2 est un régulateur positif des réponses de défense d'A. thaliana en réponse à l'infection par E. amylovora.Enfin, la caractérisation du stress oxydant a permis de montrer que plusieurs formes actives de l'oxygène (H2O2 et O2.-) s'accumulent au cours de l'interaction entre A. thaliana et E. amylovora. Ceci a permis également de comprendre le rôle de DspA/E sur ce stress oxydant. Nos résultats suggèrent que la glycolate oxydase 2 participerait à l'induction du stress oxydant en perturbant le métabolisme des sucres.

Les interactions plantes-pollinisateurs constituent une composante clé de la dynamique de la plupart des écosystèmes terrestres. Les interactions entre espèces jouant un rôle central dans de nombreux évènements de spéciation, l'étude de l'histoire évolutive des caractères étroitement liés à ce type d'interaction contribue à améliorer notre connaissance des mécanismes impliqués. Les insectes représentent le groupe majeur des espèces animales visitant les fleurs pour collecter généralement pollen et/ou nectar, mais certains d'entre eux recherchent d'autres ressources polliniques. Les relations entre les fleurs produisant des lipides et les abeilles spécialisées collectant cette ressource constituent un exemple d'interaction étroite et inhabituelle. Ce type de fleur ne s'observe qu'au sein de 11 familles non apparentées d'angiospermes. L'apparition des structures florales productrices de lipides (élaiophores) résulte d'un seul évènement évolutif dans la plupart de ces familles, à l'exception des Orchidaceae et des Iridaceae où des transitions multiples se sont produites. De plus, même si le nombre de transitions et la manière dont ces structures florales ont évolué à l'intérieur des Iridaceae sont encore inconnus, le nombre et la distribution géographique des espèces sécrétrices de lipides floraux suggèrent que les transitions vers la production de ce type de ressource pourraient avoir joué un rôle clef dans la diversification de la sous-famille des Iridoideae sur le continent américain.L'objectif de cette thèse était d'améliorer la connaissance de l'histoire évolutive de ce système de pollinisation particulier au sein des Iridaceae et d'évaluer son importance en tant que facteur de diversification. Un large échantillonnage de terrain a été réalisé au sein des genres américains de la sous-famille des Iridoideae afin de disposer de phylogénies moléculaires robustes à deux échelles taxonomiques différentes. Le rôle joué par l'évolution des stratégies de pollinisation en relation avec la sécrétion de lipides floraux a été évalué dans le contexte global de la sous-famille mais aussi à une échelle plus réduite. Le genre Sisyrinchium, comprenant à la fois de nombreuses espèces produisant des lipides floraux mais aussi des espèces dont la seule ressource fournie aux pollinisateurs semble être le pollen, et dont la diversification est de loin la plus importante sur le continent américain, a été choisi pour ce deuxième volet de l'étude. Une double démarche a été mise en œuvre, couplant une approche phylogénétique avec la caractérisation micro-morphologique et fonctionnelle des structures susceptibles d'être impliquées dans la relation plante-pollinisateur au sein du genre.Les résultats ont permis de montrer l'apparition répétée des élaiophores aux deux échelles taxonomiques de l'étude et de mettre en évidence le rôle majeur joué par l'apparition de ce caractère homoplasique dans la diversification de la famille sur le continent américain. La poursuite de ce travail nécessitera d'étudier de manière approfondie non seulement la biologie de la reproduction mais aussi la biologie de la pollinisation afin de mieux cerner l'impact de ces interactions sur la dynamique des écosystèmes où elles existent.

La gesse commune (Lathyrus sativus L.) est une légumineuse cultivée principalement en Inde, au Bangladesh et en Ethiopie qui présente des niveaux de résistance élevés pour de nombreuses contraintes abiotiques, telles que la sécheresse et l'inondation. Dans ce travail, les capacités de tolérance du Lathyrus (lignées locales " Raipur " et " Bangladesh ") à une autre contrainte abiotique, la présence de plomb, ont été déterminées des points de vue physiologique et moléculaire. Un système expérimental de culture hydroponique a été mis au point pour ces plantes. Le plomb y est introduit sous forme de nitrate de plomb (Pb(NO3)2). Les teneurs en plomb des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles) ont été déterminées par ICP-OES. Les réponses cellulaires dans ces organes ont été étudiées par RTPCR quantitative (PCR en temps réel). Des amorces spécifiques du Lathyrus ont été dessinées à partir des 11 séquences d'ADN complémentaires (ADNc) isolées pour la première fois et séquencées. L'un des ADNc isolé est complet et code une cystéine protéase (LsCP, 427 aa). Les autres sont des ADNc partiels et correspondent à une aspartique protéase (LsAP, 270 aa), deux ascorbate peroxidases cytosolique (LsAPXc, 195 aa) et peroxisomale (LsAPXp, 226 aa), une protéine de choc thermique (" Heat Shock Protein 70 " ; LsHSP70, 287), une homoglutathion synthétase (LshGSHS, 329 aa), une glutathion S-transférase (LsGST, 66 aa), une glutathion réductase (LsGR, 336 aa), une phytochélatine synthétase (LsPCS, 64 aa), une phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), un transporteur membranaire spécifique du Pb (LsCNGC, 136) et une protéine soluble (LsABCt, 331 aa). Les plantes exposées au nitrate de plomb accumulent de grandes quantités de métal dans leurs racines sous forme de plomb fortement lié aux tissus. L'accumulation d'ARN messagers de la LsPLDa suggère que les racines subissent une contrainte cellulaire et s'y adaptent. La stimulation de l'expression des gènes LsGST, LsGR et LsAPX correspondrait à la formation de complexes Pb-glutathion et à une activation du cycle ascorbate-glutathion pour la neutralisation des espèces activées de l'oxygène (ROS) délétères. Dans les feuilles exemptes de plomb, l'augmentation de l'expression des gènes LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS semble indiquer l'émission d'un signal racinaire transmis de manière systémique vers le reste de la plante où il déclenche la sur-expression de ces gènes. Ceci pourrait permettre aux tissus épargnés par le polluant de se préparer à son éventuelle arrivée. La chélation du Pb avec de l'EDTA dans le milieu de culture conduit à son transport vers les parties aériennes et à son accumulation dans les feuilles. L'expression du gène LsCNGC chez ces plantes est activée dans les feuilles, suggérant une participation de ce transporteur à l'entrée des complexes Pb-EDTA dans le symplasme. Comme observé chez d'autres espèces végétales, le plomb affecte le métabolisme du glutathion chez la gesse commune. Cependant, la mise en évidence d'une réaction systémique en réponse au plomb à partir des racines ainsi que la surexpression de gènes d'autolyse sont réalisées pour la première fois et pourraient être des éléments contribuant fortement à la tolérance au plomb chez cette espèce végétale sous-utilisée.

Cette thèse visait (i) à quantifier la variabilité de l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) chez le peuplier noir (Populus nigra L.), (ii) à juger de sa plasticité phénotypique en réponse à des contraintes hydrique et thermique et (iii) à juger des liens entre WUE, croissance et survie. A cette fin, des études à partir de semis, en chambre de croissance et en milieu naturel, ainsi qu'à partir de populations installées en dispositifs de pépinière ont été réalisées. Nos travaux ont permis de montrer une importante variabilité et une importante plasticité du caractère 'efficience d'utilisation de l'eau' quels que soient l'échelle d'étude, le fond génétique et les conditions de croissance. Une diminution de WUE a été observée en réponse à la contrainte thermique alors qu'une augmentation de WUE a été observée en réponse à un déficit hydrique modéré. Nos travaux démontrent également un lien entre WUE et la survie sous de fortes températures suggérant que sous ces conditions, une faible efficience d'utilisation de l'eau conférerait un avantage pour les individus. De plus in situ, un lien négatif entre WUE et la densité de régénération a été observé démontrant que les plus faibles valeurs de WUE sont observées pour les plus fortes densités. Le caractère 'efficience d'utilisation de l'eau' pourrait donc s'avérer un caractère limitant de la régénération de l'espèce dans des conditions d'augmentation de température ; une telle augmentation pourrait alors avoir une conséquence directe sur la structuration génétique des populations futures. Ces travaux suggèrent enfin une structuration géographique de la variabilité de WUE qui reste à confirmer à partir d'un plus grand nombre de populations. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour l'identification des bases physiologiques à l'origine des variations de WUE, de sa plasticité et de sa structuration géographique.