Academic literature on the topic 'Systèmes de co-Culture'

Description du sujet. Une approche système basée sur la co-conception et l’évaluation expérimentale in situ de prototypes de systèmes de culture (SDC) a été mise en œuvre dans le projet INRA « GeDuNem » pour une gestion durable des nématodes à galles (NG) dans les systèmes maraîchers sous abris. Objectifs. Il s’agissait (i) d’évaluer pendant quatre ans diverses stratégies de culture combinant résistances génétiques et pratiques culturales (rotations culturales incluant des plantes sensibles, résistantes et non-hôtes, gestion de l’interculture avec couvert végétal nématicide ou solarisation) pour réduire les populations de NG dans le sol et augmenter la durabilité des résistances variétales à ces bioagresseurs, (ii) d’étudier leur impact sur les communautés de nématodes rencontrées et (iii) d’évaluer l’acceptabilité des nouveaux SDC par les agriculteurs. Méthode. Trois prototypes de SDC, co-conçus entre acteurs de la recherche et ceux du développement, ont été comparés à des SDC appliqués classiquement en région méditerranéenne et évalués grâce à des dispositifs complémentaires : (i) expérimentations-système sur trois sites de producteurs du Sud de la France ; (ii) expérimentations analytiques pour approfondir les mécanismes d’action des leviers mobilisés ; (iii) enquêtes pour évaluer l’acceptabilité des prototypes par les agriculteurs. Résultats. Les trois SDC se sont révélés efficaces (90 % de réduction des NG, protection des Solanaceae à résistance partielle, pas d’effet négatif sur les nématodes non phytoparasites) et durables lorsque les conditions d’application et les équilibres biologiques du sol étaient favorables (nématofaune totale diversifiée et abondante). Leur degré d’acceptabilité dépendait du type d’exploitation et de la sensibilité des agriculteurs face à l’innovation. Conclusions. Ces nouveaux SDC doivent encore être améliorés, en interaction avec les producteurs, tant en termes d’efficacité, par l’introduction de nouveaux leviers agroécologiques, que de cout. Les recherches futures devront aussi s’ouvrir à la gestion plus globale de la santé des sols.

Nous présentons, dans cette revue, les dernières avancées concernant la modélisationin vitrode la barrière de filtration glomérulaire. Ces systèmes, permettant de réduire l’utilisation des modèles animaux, connaissent un intérêt croissant et bénéficient du développement de nos connaissances des cellules souches et de la bioingénierie. Nous discuterons les limites des modèles cellulaires glomérulaires actuels et nous introduirons les méthodes permettant d’obtenir des cellules glomérulaires à partir des cellules souches. Enfin, nous discuterons de l’importance du microenvironnement dans le maintien du phénotype, quels que soient les systèmes utilisés tels que la co-culture, les biomatériaux ou la microfluidique.

Le lait n’est pas tout à fait un aliment comme les autres puisqu’il est aussi produit par l’Homme. Cet aliment est indispensable à l’alimentation de l’enfant, car sa richesse nutritionnelle combinée à sa forme liquide en font une ration « tout en un » du jeune pendant ses premières semaines de vie. L’homme a très tôt domestiqué d’autres mammifères pour produire cet aliment nécessaire pour le jeune et l’a aussi intégré dans l’alimentation de l’adulte sous forme native ou après transformation. De fait, le lait est un des rares produits animaux avec l’oeuf qui est produit régulièrement et qu’il est possible d’obtenir sans tuer l’animal. Sa production fait pleinement partie de la fonction de reproduction et son prélèvement doit être géré pour ne pas handicaper le développement du jeune animal qui est également un élément d’avenir dans l’élevage. Les vaches laitières ont longtemps bénéficié de noms très personnalisés, voire de prénoms, jusqu’à ce que la traçabilité ne vienne proposer des identifiants plus proches du matricule de la sécurité sociale que des petits noms affectueux utilisés jusqu’alors. La traite est un moment particulier où l’éleveur se substitue au jeune pour prélever le lait plusieurs fois par jour. Tout ceci fait traditionnellement de l’élevage laitier un élevage qui associe étroitement l’homme et l’animal. Au commencement de la domestication et pendant longtemps, le principal défaut du lait a résidé dans sa faible aptitude à la conservation, nécessitant une consommation plutôt locale, le temps entre production et consommation devant rester le plus court possible. De fait, le développement de sa consommation dans les villes est récent et ne s’est pas fait sans quelques soucis (Fanica 2008). Bien entendu, les évolutions de l’industrie laitière et des transports ont permis de franchir ce double cap de la conservation et des distances, faisant en quelques décennies d’un produit local du peuple d’un terroir, riche d’identité, d’histoire et de culture (Faye et al 2010), un produit générique du commerce mondial qui s’échange entre continents suivant les règles de l’organisation mondiale du commerce et dont la demande augmente régulièrement. Ce passage du local au mondial ne s’effectue pas sans des changements radicaux des modes de production et de l’organisation des filières, avec des conséquences parfois importantes sur les territoires. La production de lait en France, pays traditionnel d’élevage bovin laitier, illustre parfaitement cette évolution et se trouve aujourd’hui à une période charnière. Riche d’une grande diversité de terroirs et de produits, la production française présente un profil original dont on ne sait pas aujourd’hui si c’est une force ou une faiblesse dans cette évolution. Depuis 1984, le système des quotas laitiers liés à la terre et non commercialisables en France a ralenti, comparativement aux pays voisins, l’évolution vers une spécialisation et une intensification des systèmes de production laitiers, mais il disparaîtra en 2015. Le contexte économique des prix des matières premières et du prix du lait devient beaucoup plus instable que par le passé. Le métier d’éleveur laitier, avec sa complexité, sa charge de travail importante, ses astreintes et la diminution de sa rémunération, devient moins attractif. La nécessaire prise en compte de l’impact de l’élevage sur l’environnement et plus globalement de la durabilité, constitue un nouveau défi qui est souvent vécu comme une contrainte supplémentaire. Cependant, les connaissances scientifiques et technologiques ont beaucoup progressé et offrent de nouveaux outils à l’élevage laitier pour construire une trajectoire originale dans cette évolution. Ce numéro spécial d’INRA Productions Animales se propose donc en quelques articles de faire un état des lieux des connaissances concernant la production laitière, ainsi que des nouveaux défis et des nouveaux outils qui s’offrent à la filière pour construire son avenir. Ce panorama n’est volontairement pas exhaustif et traitera prioritairement des vaches laitières avec cependant, lorsqu’il est apparu nécessaire, quelques exemples tirés de travaux réalisés chez les caprins. De même, il ne s’agit pas ici d’aborder la transformation du lait et les évolutions des nombreux produits transformés. Mais nous avons cherché à présenter un point sur un certain nombre de sujets en mettant en avant les avancées récentes et les défis scientifiques, techniques, économiques et organisationnels qui concernent la production laitière, en quatre grandes parties. La première plantera tout d’abord le décor du secteur laitier français. La deuxième présentera les nouvelles avancées des travaux sur la femelle laitière, la lactation et le lait. La troisième analysera les différents leviers que constituent la sélection génétique, la gestion de la santé, l’alimentation et la traite, pour mieux maîtriser la production de lait en élevage. Enfin, la dernière partie abordera des questions plus spécifiques concernant les systèmes d’élevage et leur futur. Le premier article de V. Chatellier et al fournit une analyse à la fois du bilan et des perspectives du secteur laitier français. Après une analyse du marché des produits laitiers au travers de la demande et de l’offre et des grandes stratégies des acteurs de la filière, cet article présente les spécificités françaises des exploitations laitières liées en particulier à la diversité des systèmes de production et des territoires. Cette double diversité se traduit également dans les écarts de productivité et des résultats économiques des exploitations dont la main-d’oeuvre reste majoritairement familiale, avec la question de son renouvellement qui se pose différemment selon les territoires. Enfin, à l’aune des changements importants de contexte qui se préparent avec la fin des quotas et les nouvelles relations qui se mettent en place entre producteurs et transformateurs, les auteurs étudient les différents scénarios qui en découlent et qui conduiront à l’écriture du futur du secteur laitier français dans les territoires et le marché mondial. La série d’articles sur l’animal et le lait débute par une approche systémique de l’animal laitier. La vache laitière est d’abord perçue au travers de sa fonction de production, et les modèles de prévision de la lactation se sont longtemps focalisés sur cette seule fonction. La notion d’animaux plus robustes et d’élevages plus durables (cf. Dossier « Robustesse... », Sauvant et Perez 2010) amène à revisiter cet angle d’approche pour l’élargir à ensemble des fonctions physiologiques en prenant mieux en compte les interactions entre les génotypes animaux et leurs environnements. La modélisation aborde cette complexité de deux façons contrastées, l’une plutôt ascendante en partant des mécanismes élémentaires et en les agrégeant, l’autre plutôt descendante, en partant de grandes propriétés émergeantes des principales fonctions et de leurs interactions, voire de leur compétition dans l’accès aux ressources nutritionnelles. La revue de Friggens et al aborde ainsi la question de la dynamique de partition des nutriments entre fonction physiologiques chez les vaches laitières en fonction du génotype en présentant plusieurs approches de modélisation. Cette revue s’attache à montrer l’intérêt de partir des propriétés émergeantes pour arriver à modéliser les réponses complexes (production, reproduction, composition du lait, état corporel…) d’une vache soumise à différentes conduites d’élevage au cours de sa carrière. Les outils de demain qui permettront d’optimiser la conduited’élevage face aux aléas économiques et climatiques dépendront de l’avancée de ces modèles et des connaissances scientifiques qui les sous-tendent. La fonction de lactation est la conséquence de nombreux mécanismes à l’échelle de l’animal, tout particulièrement au niveau de la glande mammaire. Le développement et le fonctionnement de cet organe caractérisé par sa cyclicité ont fait l’objet de nombreux travaux à l’Inra et dans de nombreuses équipes de recherches internationales. Il ne s’agissait pas ici de relater l’ensemble de ces travaux mais de consacrer un article aux dernières connaissances acquises sur les mécanismes de biosynthèse et de sécrétion des constituants du lait. L’article de Leroux et al présente les travaux sur la régulation de l’expression génique dans la glande mammaire avec un intérêt particulier pour les données acquises avec les nouveaux outils d’études globales de génomique expressionnelle. Ceux-ci apportent de nouvelles connaissances sur les effets des facteurs génétiques sur la biosynthèse et la sécrétion du lait, sur leur régulation nutritionnelle et sur l’interaction de ces facteurs. Ce dernier point constitue un champ d’investigation supplémentaire pour décrypter les secrets du fonctionnement mammaire avec notamment l’intervention de nouveaux acteurs que sont les petits ARN non codants (ou microARN) qui vient encore accroître la complexité du fonctionnement mammaire dans son rôle prépondérant lors de la lactation. Après avoir fait cet état des lieux des connaissances sur la biosynthèse et la sécrétion des constituants du lait au niveau de la glande mammaire, l’article de Léonil et al présente la complexité des fractions protéique et lipidique du lait et de leur assemblage en structures supramoléculaires. Ces structures finales sont sous la dépendance de la nature et de la variabilité des constituants, ellesmêmes dues aux polymorphismes des gènes responsables de leur synthèse. Ainsi, les auteurs font un état des lieux des connaissances sur la structure et le polymorphisme des gènes spécifiant les protéines coagulables du lait que sont les caséines pour arriver à l’organisation de ces dernières en micelles. Le rôle nutritionnel de ces protéines majeures du lait et leur fonction biologique sont revisitées à la lumière des connaissances croissantes sur les peptides bioactifs qu’elles contiennent. La fraction lipidique n’est pas en reste avec la présentation de sa complexité et de son organisation sous forme de globule gras ainsi que de son impact nutritionnel sur le consommateur. Enfin, la découverte récente, dans le lait, de petites particules (ou exosomes) véhiculant des protéines et des ARN ouvre de nouvelle voies d’investigation de l’impact du lait sur la santé du consommateur. La série d’articles consacrée aux leviers d’action dont disposent les éleveurs pour moduler la production laitière ainsi que la composition du lait débute par l’article de Brochard et al, qui retrace l’impact de la sélection génétique pour arriver aux apports de la sélection génomique des races bovines laitières. Un bref historique de la sélection génétique présente les progrès réalisés sur les caractères de production laitière mais aussi sur des caractères de robustesse (fertilité, mammites…) et permet ainsi de dresser le décor génétique des élevages français. L’avènement des outils de génomique grâce au séquençage du génome bovin a conduit à renouveler les perspectives de sélection des bovins laitiers (cf. Numéro spécial, «amélioration génétique" Mulsant et al 2011). La présentation brève de ces outils permet de mieux appréhender les retombées attendues. Les opportunités offertes par la sélection génomique sur les caractères laitiers sensu stricto se complètent et permettent également de proposer une sélection sur de nouveaux caractères. En effet, la prise en compte progressive d’autres caractères oriente la sélection vers une complexité accrue notamment grâce à l’établissement de nouvelles mesures phénotypiques. L’évolution vers une meilleure robustesse, une efficacité alimentaire optimisée mais aussi une empreinte environnementale réduite, sera d’autant plus envisageable que la sélection pourra s’appuyer sur des capacités de phénotypage de plus en plus fin et à grande échelle. Un autre facteur prépondérant dans l’élevage laitier concerne la gestion de la santé animale qui affecte, notamment, la durabilité des élevages sous l’angle socio-économique. Cette gestion complexe doit prendre en compte de nombreux paramètres tel que le nombre des traitements nécessaires, le temps passé, les pertes économiques directes à court et long terme, etc. Les infections ne touchent pas toutes directement la glande mammaire, mais en affectant l’animal, elles impactent la lactation, l’efficacité de production du troupeau et donc l’élevage. L’article de Seegers et al passe en revue sept maladies majeures classées en trois groupes affectant les bovins laitiers. Il présente les connaissances récentes acquises sur ces maladies et les perspectives qu’elles ouvrent pour mieux les maîtriser. Ces maladies ont bien souvent un impact économique fort sur les élevages et/ou sont transmissibles à l’Homme constituant ainsi des questionnements de recherche forts et pour lesquels les moyens d’actions sont aussi multiples que variés. De plus, les attentes sociétales visent à diminuer, autant que faire se peut, les intrants médicamenteux. L’alimentation est un levier de maîtrise de la production et de la composition du lait qui présente l’avantage d’avoir des effets rapides et réversibles. Bien que ce levier puisse également moduler la composition protéique du lait, l’impact prépondérant de l’alimentation sur la composition en acides gras du lait, dans le but de fournir aux consommateurs une qualité nutritionnelle du lait la plus favorable possible, a été mis en exergue par de nombreuses études. La détermination de la composition en acides gras des laits est de plus en plus précise, notamment du fait des nouvelles techniques qui permettent une meilleure caractérisation de ces profils. Outre l’impact de l’alimentation, les effets des apports nutritionnels chez le ruminant sur les teneurs en composés vitaminiques du lait sont également à prendre en compte dans la perspective de l’utilisation du lait comme source complémentaire naturelle de vitamines chez les sujets présentant une efficacité d’absorption réduite (tel que les jeunes ou à l’inverse les personnes âgées). L’article de Ferlay et al recense les principaux facteurs alimentaires (nature de la ration de base, supplémentation oléagineuse, différents types de suppléments lipidiques et leurs interactions) influençant la composition en acides gras et en vitamines du lait de vache. Enfin, la traite constitue un outil supplémentaire de pilotage des troupeaux en termes de production laitière mais aussi de qualité sanitaire, technologique et nutritionnelle du lait. De plus, une meilleure connaissance des effets des différentes pratiques de traite est cruciale dans le contexte actuel de gestion du travail dans les exploitations laitières (cf. Numéro spécial, « Travail en élevage », Hostiou et al 2012). Les moyens mis en oeuvre se situent à différents niveaux allant de la fréquence de traite aux systèmes de stockage des laits en passant par les réglages possibles ou les types de machines à traire. L’article de Guinard-Flament et al fait le point des connaissances actuelles sur les effets et les conséquences de modifications de la conduite des animaux à la traite. Il présente les effets de la fréquence de traite sur le niveau de production laitière et sur la composition du lait. Le contexte de la traite, avec les effets mécaniques de la machine à traire et celui du système de stockage, est également présenté dans ses multiples facettes pour souligner leur rôle prépondérant sur la qualité microbienne des laits. La conduite des vaches à la traite est également un moyen de gestion de la carrière d’une vache laitière à travers le pilotage de certaines phases du cycle de production (effets sur la reproduction et sur la durée de la lactation et leurs conséquences sur la santé de l’animal...). La dimension des systèmes d’élevage est dominée ces dernières années par la question environnementale, notamment depuis la parution du rapport de la FAO « Livestock’s long shadow » (Steinfeld et al 2006). L’élevage laitier, très consommateur de ressources de qualité, est concerné au premier rang par ce défi environnemental. Mais ces enjeux, peu perceptibles à l’échelle de l’élevage pourtant à l’origine de ces risques, sont difficiles à intégrer dans les objectifs des systèmes de production. L’article de Dollé et al sur les impacts environnementaux des systèmes bovins laitiers français apporte de nombreux éléments quantifiés sur les émissions des éléments à risque pour l’environnement par les élevages laitiers. Ces risques concernent bien entendu la qualité de l’eau, notamment via les excrétions d’azote et de phosphore, ce qui est connu depuis longtemps avec leurs impacts sur l’eutrophisation des cours d’eau et des côtes. Les risques liés à la qualité de l’air ont été pris en compte beaucoup plus récemment et concernent principalement les émissions d’ammoniac pouvant affecter la santé humaine et des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique (cf. Dossier, « Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane », Doreau et al 2011). Ensuite, l’article aborde la question de la biodiversité, auxiliaire de l’agriculture et des paysages, où l’élevage joue un rôle central au sein des territoires agricoles. L’article aborde pour finir la question de la quantification de ces impacts afin d’améliorer objectivement les performances environnementales des élevages et montre que performances environnementales et économiques en élevage laitier ne sont pas antinomiques. En guise de conclusion de ce numéro, J.L. Peyraud et K. Duhem se sont prêtés à un exercice d’analyse prospective des élevages laitiers et du lait de demain en reprenant certains des constats de l’article introductif, notamment sur la diversité des systèmes et des territoires, la restructuration rapide de la filière et la reconstruction du métier d’éleveur. La filière devra demain affronter la tension entre l’amélioration de la compétitivité et celle de la durabilité de l’élevage en tirant profit des innovations. La meilleure prise en compte des qualités nutritionnelles des produits et de l’évolution des demandes tout en améliorant l’intégration de l’élevage au sein des territoires constitue un double défi pour résoudre cette tension. L’analyse des auteurs prône cependant un maintien de la diversité et la complémentarité des systèmes dans une diversité de territoires pour mieux répondre aux enjeux de la société et des éleveurs. Ce numéro spécial montre combien la filière laitière est aujourd’hui plus que jamais à la croisée des chemins avec des défis économiques et sociétaux difficiles à relever dans un climat de plus en plus incertain. Entre diversité d'une part, et spécialisation et standardisation d'autre part, le chemin de la filière française reste complexe à définir. Les nombreuses évolutions des connaissances scientifiques permettent de disposer à court ou moyen terme de nouveaux outils pour relever ces défis. La sélection génomique pour disposer des animaux les plus adaptés à leur système, les modèles de prévision pour anticiper les aléas et leurs conséquences, les outils d’évaluation environnementale pour maîtriser les risques, les outils de monitoring et d’information des troupeaux d’élevage pour améliorer les conditions de travail et l’efficience des troupeaux, les possibilités de piloter la qualité des produits par les conduites d’élevage et en particulier l’alimentation, une meilleure connaissance des mécanismes de régulation de la lactation, la découverte de la richesse des constituants du lait et de leurs propriétés nutritionnelles et fonctionnelles sont autant d’atouts pour la filière pour affronter ces défis. A travers les articles de ce numéro, nous avons voulu illustrer quelques un de ces défis et des perspectives offertes par la recherche. L’enjeu sera de les mobiliser à bon escient dans le cadre de stratégies cohérentes. Cela nécessitera la collaboration de tous les acteurs de la recherche, de la formation, du développement et de la filière. A leur niveau, les articles de ce numéro, par les nombreuses signatures communes entre chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs de recherche-développement, témoignent de la vitalité des unités mixtes de recherche et des unités mixtes thématiques impliquées dans l’élevage laitier. De même, bon nombre de travaux relatés dans les articles de ce numéro sont le fruit de programmes de recherche co-financés et menés en collaboration étroite entre la recherche, les instituts technique et la filière. Nous y voyons un fort signe positif pour l'avenir de l'élevage laitier en France Cet avant-propos ne saurait s’achever sans remercier René Baumont et le comité de rédaction d’Inra Productions Animales pour l’initiative judicieuse de ce numéro spécial, mais aussi pour nous avoir aidés à mener à bien ce projet comprenant de nombreux auteurs, qui ont bien voulu se prêter à l’exercice difficile de la rédaction d’un article de synthèse qui conjugue la rigueur de l’information scientifique avec l’exigence de la rendre accessible à un large public. Ce numéro doit beaucoup aussi aux relectures constructives de nombreux collègues que nous remercions ici anonymement. Enfin, cet ouvrage doit aussi sa qualité à un travail remarquable d’édition technique assuré par Pascale Béraudque nous associons à ces remerciements. Nous avons eu la primeur de ces articles et nous espérons que vous partagerez l’intérêt que nous avons eu à leur lecture à la fois instructive, enrichissante et propice à nourrir notre réflexion pour le futur de la recherche-développement dans le domaine de l’élevage bovin laitier.Philippe FAVERDIN, Christine LEROUX RéférencesDoreau M., Baumont R., Perez J.M., (Eds) 2011. Dossier, Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane. INRA Prod. Anim., 24, 411-474. Fanica P.O., 2008. Le lait, la vache et le citadin. Du XVIIe au XXe siècle. Editions Quae, Paris, France,520p. Faye B., Bonnet P., Corniaux C., Duteurtre G., 2010. Peuples du lait. Editions Quae, Paris France, 160p. Hostiou N., Dedieu B., Baumont R., (Eds) 2012. Numéro spécial, Travail en élevage. INRA Prod. Anim., 25, 83-220. Mulsant P., Bodin L., Coudurier B., Deretz S., Le Roy P., Quillet E., Perez J.M., (Eds) 2011. Numéro spécial, Amélioration génétique. INRA Prod. Anim., 24, 283-404. Sauvant D., Perez J.M., (Eds) 2010. Dossier, Robustesse, rusticité, flexibilité, plasticité, résilience… les nouveaux critères de qualité des animaux et des systèmes d'élevage. INRA Prod. Anim., 23, 1-102. Steinfeld H., Gerber P., Wassenaar T., Castel V., Rosales M., de Haan C., 2006. Livestock's long shadow: environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations,414p.

Au cours de l’histoire de l’Espagne, les diverses autorités ont essayé d’unifier le pays notamment en promouvant la culture castillane au détriment des particularités identitaires locales, et en interdisant l’usage des langues régionales. Mais, depuis la fin des années 1980, de nouvelles dispositions législatives ont permis de proclamer le caractère co-officiel de certaines langues régionales, et des lois de « normalisation linguistique » réglementent l’emploi de ces langues dans le domaine de l’enseignement. On s’est interrogé sur l’efficacité d’un système d’enseignement bilingue, et par conséquent sur le maintien, ou le déclin, de l’importance du rôle de la famille dans la diffusion des langues, suite à l’introduction des langues régionales dans l’enseignement. Cet article met en évidence que les pouvoirs publics se sont partiellement substitués à la famille quant à la transmission de ce patrimoine culturel que sont les langues régionales, en obligeant leur apprentissage à l’école. C’est la raison pour laquelle la proportion de la population qui maîtrise la langue régionale de sa Communauté autonome augmente, y compris chez les non-natifs.

Le muscle squelettique est organisé en faisceau de fibres musculaires de différentes tailles et parcouru par des réseaux vasculaires et nerveux. Les cellules satellites sont des cellules souches logées le long des fibres musculaires et sont à la base des progéniteurs myogéniques (myoblastes). Les cellules satellites peuvent être aisément extraites du muscle et cultivées. Les modèles typiques de culture en deux dimensions (2D) de cellules dérivées du muscle squelettique ne peuvent pas recréer complètement l'organisation et la fonction des tissus musculaires vivants, ce qui limite leurs utilités dans les études physiologiques approfondies. Le développement de modèles de culture 3D fonctionnels offre une opportunité unique pour mimer les tissus vivants et modéliser les maladies musculaires. A cet égard, ce nouveau type de modèles in vitro augmente significativement notre compréhension de l'implication des différentes populations cellulaires dans la formation du muscle squelettique et de leurs interactions, ainsi que les modalités de réponse d'un muscle pathologique à de nouvelles thérapies. Ce deuxième point pourrait conduire à l'identification de traitements efficaces. Dans cette synthèse, nous traitons des progrès significatifs qui ont été réalisés ces dernières années pour concevoir des structures ressemblant à des tissus musculaires, fournissant des outils utiles pour étudier le comportement des cellules souches résidentes. Nous nous intéressons plus particulièrement au développement de systèmes basés sur des « myosphères » et des faisceaux de fibres ou « myobundles » ainsi que sur les systèmes de bio-impression. Les protocoles de stimulation électrique/mécanique et les systèmes de co-culture développés pour améliorer le processus et les fonctionnalités de maturation des tissus seront également présentés. La formation de tissus musculaires biomimétiques représente une nouvelle technologie pour étudier la fonction et l'organisation spatiale des muscles squelettiques dans un grand nombre de contextes physiologiques, pathologiques et agronomiques.

Description du sujet. Pour la zone écologique du Moyen-Ouest des plateaux d’altitude de Madagascar, six variétés de riz pluvial ont été sélectionnées par un programme de recherche. Objectifs. Il s’agit d’évaluer leur potentiel de diffusion en milieu réel. Méthode. Elles ont été co-évaluées sur un réseau de 20 fermes de référence pendant deux années. Résultats. L’expérimentation multi-locale a montré une gamme variée d’environnements indiquée par le rendement grain moyen en riz entre 1,04 à 4,50 t·ha-1, dans laquelle FOFIFA 182 s’est montrée significativement supérieure (2,90 t·ha-1) et SCRID 195 largement inférieure (1,65 t·ha-1), avec un groupe de quatre variétés non différenciées (autour de 2,40 t·ha-1). L’étude de l’interaction génétique-environnement a permis de différencier une variété produisant moins bien en milieu peu fertile, SCRID 90, et une moins stable, SCRID 91. SCRID 195, la variété la moins performante en termes de rendement, s’est montrée également la plus infectée par Striga asiatica, une plante hémiparasite. L’évaluation réalisée par les agriculteurs au terme de ces deux années complète celle de la recherche concernant le rendement du riz et le Striga, leurs principaux critères de performances des variétés, associés à six autres critères secondaires concernant le battage, la précocité, la résistance à la sècheresse, la qualité de grain, le gout et le poids de grain. Conclusions. Cette co-évaluation recherche-agriculteurs a permis de définir les variétés les plus performantes en termes de rendement et de contrôle du Striga, à savoir NERICA 4 (déjà vulgarisée) et FOFIFA 182 (proposée à la vulgarisation), de préciser l’intérêt de nouvelles variétés pour d’autres critères retenus par les agriculteurs et comme perspectives, la nécessité d’intégrer une approche systèmes de culture et une dimension temporelle, en lien avec la performance du riz pluvial.

Handicap : nom commun d’origine anglo-saxonne dont l’étymologie proviendrait de Hand in Cap, une pratique populaire pour fixer la valeur d'échange d’un bien. Dans le domaine des courses de chevaux, le handicap vise à ajouter du poids aux concurrents les plus puissants pour égaliser les chances de gagner la course pour tous les participants. Il apparait dans le dictionnaire de l’Académie française dans les années 1920 dans le sens de mettre en état d’infériorité. Son utilisation pour désigner les infirmes et invalides est tardive, après les années 1950 et se généralise au début des années 1970. Par un glissement de sens, le terme devient un substantif qualifiant l’infériorité intrinsèque des corps différentiés par leurs atteintes anatomiques, fonctionnelles, comportementales et leur inaptitude au travail. Les handicapés constituent une catégorisation sociale administrative aux frontières floues créée pour désigner la population-cible de traitements socio-politiques visant l’égalisation des chances non plus en intervenant sur les plus forts mais bien sur les plus faibles, par des mesures de réadaptation, de compensation, de normalisation visant l’intégration sociale des handicapés physiques et mentaux. Ceci rejoint les infirmes moteurs, les amputés, les sourds, les aveugles, les malades mentaux, les déficients mentaux, les invalides de guerre, les accidentés du travail, de la route, domestiques et par extension tous ceux que le destin a doté d’un corps différent de la normalité instituée socio-culturellement dans un contexte donné, ce que les francophones européens nomment les valides. Dans une perspective anthropologique, l’existence de corps différents est une composante de toute société humaine (Stiker 2005; Fougeyrollas 2010; Gardou 2010). Toutefois l’identification de ce qu’est une différence signifiante pour le groupe culturel est extrêmement variée et analogue aux modèles d’interprétation proposés par François Laplantine (1993) dans son anthropologie de la maladie. Ainsi le handicap peut être conçu comme altération, lésion ou comme relationnel, fonctionnel, en déséquilibre. Le plus souvent le corps différent est un corps mauvais, marqueur symbolique culturel du malheur lié à la transgression d’interdits visant à maintenir l’équilibre vital de la collectivité. La responsabilité de la transgression peut être endogène, héréditaire, intrinsèque aux actes de la personne, de ses parents, de ses ancêtres, ou exogène, due aux attaques de microbes, de virus, de puissances malveillantes, génies, sorts, divinités, destin. Plus rarement, le handicap peut être un marqueur symbolique de l’élection, comme porteur d’un pouvoir bénéfique singulier ou d’un truchement avec des entités ambiantes. Toutefois être handicapé, au-delà du corps porteur de différences signifiantes, n’implique pas que l’on soit malade. Avec la médicalisation des sociétés développées, une fragmentation extrême du handicap est liée au pouvoir biomédical d’attribuer des diagnostics attestant du handicap, comme garde-barrière de l’accès aux traitements médicaux, aux technologies, à la réadaptation, aux programmes sociaux, de compensation ou d’indemnisation, à l’éducation et au travail protégé ou spécial. Les avancées thérapeutiques et de santé publique diminuent la mortalité et entrainent une croissance continue de la morbidité depuis la Deuxième Guerre mondiale. Les populations vivant avec des conséquences chroniques de maladies, de traumatismes ou d’atteintes à l’intégrité du développement humain augmentent sans cesse. Ceci amène l’Organisation mondiale de la santé (OMS) à s’intéresser non plus aux diagnostics du langage international médical, la Classification internationale des maladies, mais au développement d’une nosologie de la chronicité : la Classification internationale des déficiences, des incapacités et des handicaps qui officialise une perspective tridimensionnelle du handicap (WHO 1980). Cette conceptualisation biomédicale positiviste situe le handicap comme une caractéristique intrinsèque, endogène à l’individu, soit une déficience anatomique ou physiologique entrainant des incapacités dans les activités humaines normales et en conséquence des désavantages sociaux par rapport aux individus ne présentant pas de déficiences. Le modèle biomédical ou individuel définit le handicap comme un manque, un dysfonctionnement appelant à intervenir sur la personne pour l’éduquer, la réparer, l’appareiller par des orthèses, des prothèses, la rétablir par des médicaments, lui enseigner des techniques, des savoirs pratiques pour compenser ses limitations et éventuellement lui donner accès à des subsides ou services visant à minimiser les désavantages sociaux, principalement la désaffiliation sociale et économique inhérente au statut de citoyen non performant ( Castel 1991; Foucault 1972). À la fin des années 1970 se produit une transformation radicale de la conception du handicap. Elle est étroitement associée à la prise de parole des personnes concernées elles-mêmes, dénonçant l’oppression et l’exclusion sociale dues aux institutions spéciales caritatives, privées ou publiques, aux administrateurs et professionnels qui gèrent leur vie. C’est l’émergence du modèle social du handicap. Dans sa tendance sociopolitique néomarxiste radicale, il fait rupture avec le modèle individuel en situant la production structurelle du handicap dans l’environnement socio-économique, idéologique et matériel (Oliver 1990). La société est désignée responsable des déficiences de son organisation conçue sur la performance, la norme et la productivité entrainant un traitement social discriminatoire des personnes ayant des déficiences et l’impossibilité d’exercer leurs droits humains. Handicaper signifie opprimer, minoriser, infantiliser, discriminer, dévaloriser, exclure sur la base de la différence corporelle, fonctionnelle ou comportementale au même titre que d’autres différences comme le genre, l’orientation sexuelle, l’appartenance raciale, ethnique ou religieuse. Selon le modèle social, ce sont les acteurs sociaux détenant le pouvoir dans l’environnement social, économique, culturel, technologique qui sont responsables des handicaps vécus par les corps différents. Les années 1990 et 2000 ont été marquées par un mouvement de rééquilibrage dans la construction du sens du handicap. Réintroduisant le corps sur la base de la valorisation de ses différences sur les plans expérientiels, identitaires et de la créativité, revendiquant des modes singuliers d’être humain parmi la diversité des êtres humains (Shakespeare et Watson 2002; French et Swain 2004), les modèles interactionnistes : personne, environnement, agir, invalident les relations de cause à effet unidirectionnelles propres aux modèles individuels et sociaux. Épousant la mouvance de la temporalité, la conception du handicap est une variation historiquement et spatialement située du développement humain comme phénomène de construction culturelle. Une construction bio-socio-culturelle ouverte des possibilités de participation sociale ou d’exercice effectif des droits humains sur la base de la Déclaration des droits de l’Homme, des Conventions internationales de l’Organisation des Nations-Unies (femmes, enfants, torture et maltraitance) et en l’occurrence de la Convention relative aux droits des personnes handicapées (CDPH) (ONU 2006; Quinn et Degener 2002; Saillant 2007). Par personnes handicapées, on entend des personnes qui présentent des incapacités physiques, mentales, intellectuelles ou sensorielles dont l’interaction avec diverses barrières peut faire obstacle à leur pleine et effective participation à la société sur la base de l’égalité avec les autres. (CDPH, Art 1, P.4). Fruit de plusieurs décennies de luttes et de transformations de la conception du handicap, cette définition représente une avancée historique remarquable autant au sein du dernier des mouvements sociaux des droits civiques, le mouvement international de défense des droits des personnes handicapées, que de la part des États qui l’ont ratifiée. Malgré le fait que l’on utilise encore le terme personne handicapée, le handicap ne peut plus être considéré comme une caractéristique de la personne ni comme un statut figé dans le temps ni comme un contexte oppressif. Il est le résultat d’une relation dont il est nécessaire de décrire les trois composantes anthropologiques de l’être incarné : soi, les autres et l’action ou l’habitus pour en comprendre le processus de construction singulier. Le handicap est situationnel et relatif , sujet à changement, puisqu’il s’inscrit dans une dynamique interactive temporelle entre les facteurs organiques, fonctionnels, identitaires d’une part et les facteurs contextuels sociaux, technologiques et physiques d’autre part, déterminant ce que les personnes ont la possibilité de réaliser dans les habitudes de vie de leurs choix ou culturellement attendues dans leurs collectivités. Les situations de handicap ne peuvent être prédites à l’avance sur la base d’une évaluation organique, fonctionnelle, comportementale, identitaire ou de la connaissance de paramètres environnementaux pris séparément sans réintroduire leurs relations complexes avec l’action d’un sujet définissant le sens ou mieux incarnant la conscience vécue de cette situation de vie. Suite au succès de l’expression personne en situation du handicap en francophonie, on remarque une tendance à voir cette nouvelle appellation remplacer celle de personne handicapée. Ceci est généralement interprété comme une pénétration de la compréhension du modèle interactionniste et socio constructiviste. Toutefois il est inquiétant de voir poindre des dénominations comme personnes en situation de handicap physique, mental, visuel, auditif, intellectuel, moteur. Cette dérive démontre un profond enracinement ontologique du modèle individuel. Il est également le signe d’une tendance à recréer un statut de personne en situation de handicap pour remplacer celui de personne handicapée. Ceci nécessite une explication de la notion de situation de handicap en lien avec le concept de participation sociale. Une personne peut vivre à la fois des situations de handicap et des situations de participation sociale selon les activités qu’elle désire réaliser, ses habitudes de vie. Par exemple une personne ayant des limitations intellectuelles peut vivre une situation de handicap en classe régulière et avoir besoin du soutien d’un éducateur spécialisé mais elle ne sera pas en situation de handicap pour prendre l’autobus scolaire pour se rendre à ses cours. L’expression personne vivant des situations de handicap semble moins propice à la dérive essentialiste que personne en situation de handicap. Le phénomène du handicap est un domaine encore largement négligé mais en visibilité croissante en anthropologie. Au-delà des transformations de sens donné au terme de handicap comme catégorie sociale, utile à la définition de cibles d’intervention, de traitements sociaux, de problématiques sociales pour l’élaboration de politiques et de programmes, les définitions et les modèles présentés permettent de décrire le phénomène, de mieux le comprendre mais plus rarement de formuler des explications éclairantes sur le statut du handicap d’un point de vue anthropologique. Henri-Jacques Stiker identifie, en synthèse, cinq théories du handicap co-existantes dans le champ contemporain des sciences sociales (2005). La théorie du stigmate (Goffman 1975). Le fait du marquage sur le corps pour indiquer une défaveur, une disgrâce, un discrédit profond, constitue une manière de voir comment une infirmité donne lieu à l’attribution d’une identité sociale virtuelle, en décalage complet avec l’identité sociale réelle. Le handicap ne peut être pensé en dehors de la sphère psychique, car il renvoie toujours à l’image de soi, chez celui qui en souffre comme celui qui le regarde. Le regard d’autrui construit le regard que l’on porte sur soi mais en résulte également (Stiker 2005 :200). La théorie culturaliste qui met en exergue la spécificité des personnes handicapées, tout en récusant radicalement la notion même de handicap, est enracinée dans le multiculturalisme américain. Les personnes handicapées se constituent en groupes culturels avec leurs traits singuliers, à partir de conditions de vie, d’une histoire (Stiker 2005). Par exemple au sein des Disability Studies ou Études sur le handicap, il est fréquent de penser que seuls les corps différents concernés peuvent véritablement les pratiquer et en comprendre les fondements identitaires et expérientiels. L’exemple le plus probant est celui de la culture sourde qui se définit comme minorité ethno-linguistique autour de la langue des signes et de la figure identitaire du Sourd. On fera référence ici au Deaf Studies (Gaucher 2009). La théorie de l’oppression (Oliver 1990). Elle affirme que le handicap est produit par les barrières sociales en termes de déterminants sociologiques et politiques inhérents au système capitaliste ou productiviste. Les personnes sont handicapées non par leurs déficiences mais par l’oppression de l’idéologie biomédicale, essentialiste, individualiste construite pour empêcher l’intégration et l’égalité. Ce courant des Disability Studies s’inscrit dans une mouvance de luttes émancipatoires des personnes opprimées elles-mêmes (Stiker 2005 : 210; Boucher 2003) La théorie de la liminalité (Murphy 1990). Par cette différence dont ils sont les porteurs, les corps s’écartent de la normalité attendue par la collectivité et sont placés dans une situation liminale, un entre-deux qu’aucun rite de passage ne semble en mesure d’effacer, de métamorphoser pour accéder au monde des corps normaux. Cette théorie attribue un statut anthropologique spécifique au corps handicapé sans faire référence obligatoire à l’oppression, à l’exclusion, à la faute, ou au pouvoir. Marqués de façon indélébile, ils demeurent sur le seuil de la validité, de l’égalité, des droits, de l’humanité. La théorie de l’infirmité comme double, la liminalité récurrente de Stiker (2005). L’infirmité ne déclenche pas seulement la liminalité mais en référant à la psychanalyse, elle est un véritable double. La déficience est là, nous rappelant ce que nous n’aimons pas et ne voulons pas être, mais elle est notre ombre. Nous avons besoin de l’infirmité, comme de ceux qui la portent pour nous consoler d’être vulnérable et mortel tout autant que nous ne devons pas être confondus avec elle et eux pour continuer à nous estimer. Ils sont, devant nous, notre normalité, mais aussi notre espoir d’immortalité (Stiker 2005 : 223)

Les découvertes récentes sur les communautés microbiennes, ou microbiotes, ont révélé un potentiel biotechnologique considérable dans divers domaines. Ils sont considérés comme essentiels pour accélérer l'innovation dans les systèmes de production alimentaire. Toutefois, les procédés existants ne sont pas adaptés à la culture des microbiotes. La difficulté que représente la culture de microbiotes a notamment pour origine la capacité des microorganismes à interagir par compétition, qui peut conduire à la réduction indésirable de la biodiversité au sein du réacteur de culture. Ce phénomène peut aboutir à l'obtention de communautés qui ne présentent pas les fonctionnalités souhaitées. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence de la propagation de microbiotes en condition contrôlée sur leur structure et leur fonction. Les travaux de cette thèse ont permis de développer et de déterminer la performance d'un procédé excluant la compétition microbienne pour la culture de communautés bactériennes. La stratégie choisie repose sur le micro-confinement et la ségrégation spatiale des bactéries au sein d'un bouillon de culture structuré en émulsion inverse. Après avoir étudié l'effet de la culture en émulsion inverse sur la croissance de bactéries individuelles, les travaux ont comparé son effet sur la dynamique de communautés propagées selon un régime séquentiel, ou backslopping, avec celui exercé par un système classique non-émulsionné. Les résultats ont montré que l'utilisation d'une émulsion inverse conduit à la génération de nouvelles structures de communautés au cours de la propagation, et que l'utilisation de la culture classique conduit à leur stabilisation. Les comportements différents issus de ces deux systèmes de culture en font des outils complémentaires pour le modelage et la propagation de communautés microbiennes. Enfin, l'effet de la propagation sur la variabilité fonctionnelle de communautés a été étudiée dans un contexte de biopréservation. Le criblage de microbiotes de laits crus propagés a montré qu'ils se différenciaient en termes de robustesse et de reproductibilité de leur activité anti-Listeria, justifiant de tenir compte de la variabilité fonctionnelle des communautés pour leur sélection dans un contexte d'ingénierie de microbiotes
Recent discoveries about microbial communities, or microbiota, have revealed considerable biotechnological potential in a variety of fields. They are considered essential to accelerate innovation in food production systems. However, existing processes are not adapted to the cultivation of microbiota. One major barrier to community propagation is competition between microorganisms, which can lead to an undesirable reduction in biodiversity within the culture reactor. This phenomenon can lead to communities that lack the desired functionality. The objective of this thesis was to study the influence of microbiota propagation, under controlled conditions, on their structure and function. During this work, a process of microbial culture excluding microbial competition for the propagation of bacterial communities was developed. The chosen strategy is based on the micro-confinement and spatial segregation of bacteria within a broth structured as an invert emulsion. The effect of the invert emulsion culture on the growth of individual bacteria was studied, then the effect of this system on the dynamics of communities propagated according to a sequential regime, or backslopping, as well as that exerted by a conventional non-emulsified system was investigated. The results showed that the use of an inverse emulsion leads to the generation of new community structures during propagation, and that the use of the classical culture leads to their stabilization. The different behaviors of these two culture systems make them complementary tools for the modeling and the propagation of microbial communities. Finally, the effect of propagation on the functional variability of communities was studied in a biopreservation context. The screening of propagated raw milk microbiota showed that they differed in terms of robustness and reproducibility of anti-Listeria activity, emphasizing the need to take into account the functional variability of communities when selecting communities of interest for microbiota engineering

Un changement rapide et d’ampleur vers des pratiques agricoles qui contribuent à la protection de l’environnement et la santé humaine est nécessaire. Dans de nombreux cas, ces pratiques alternatives existent, mais elles ne sont pas mises en œuvre du fait de contraintes au niveau de la parcelle, de l’exploitation, du territoire, de la filière et/ou à une échelle globale. Dans ma thèse, j’ai développé une méthodologie d’accompagnement du changement de pratiques prenant en compte les déterminants du choix des pratiques aux différentes échelles. J’ai appliqué cette méthodologie sur un cas d’étude précis : la gestion des bioagresseurs telluriques, en particulier des nématodes à galles, en maraîchage sous abris provençal. Les nématodes à galles causent des dommages importants sur les cultures maraîchères au niveau provençal (40% des exploitations touchées) et mondial. Leur gestion actuelle repose essentiellement sur l’usage de nématicides non sélectifs causant des dommages en matière environnementale et de santé humaine. Tout d’abord, j’ai réalisé une analyse sociotechnique montrant que le système agri-alimentaire maraîcher provençal était majoritairement verrouillé autour de l’utilisation des techniques « de désinfection radicale des sols », excluant ainsi la mise en œuvre de techniques alternatives agroécologiques. Ce verrouillage était constitué d’un ensemble de freins interconnectés qui ont entravé le changement de pratiques et auxquels prenait part une diversité de parties prenantes au niveau provençal et au-delà : les agriculteurs, l’amont et l’aval de la filière (consommateurs inclus), la R&D et les acteurs des politiques publiques. Suite à cette analyse, j’ai étudié des innovations couplées existantes facilitant la mise en œuvre d’une protection agroécologique des cultures dans les systèmes légumiers français. Cette « traque aux innovations » nous a permis d’identifier 5 types d’innovations couplées, et pour chaque type les combinaisons de leviers sociotechniques mobilisés et leurs conditions de mise en œuvre. En parallèle, j’ai mis au point un jeu sérieux me permettant de partager efficacement le résultat de l’analyse sociotechnique avec les parties prenantes du problème. Ce jeu sérieux m’a également permis de faciliter la gestion des connaissances et la créativité chez les parties prenantes et de favoriser leur collaboration, afin d’initier la conception de solutions innovantes adaptées au problème traité. Enfin, j’ai mobilisé les travaux précédents (analyse, traque et jeu) lors de 4 ateliers de coconception avec les parties prenantes. J’ai créé et mobilisé une diversité de dispositifs d’accompagnement dans ces ateliers. Ils ont permis de concevoir des solutions de plus en plus élaborées pour faciliter le changement de pratiques. Au total, nous avons collectivement conçu 50 solutions innovantes dont 41 innovations couplées, ouvrant ainsi l’espace des solutions possibles. Nous avons également évalué une partie des innovations couplées. En discussion, je pointe les pistes d’action et de recherche prometteuses pour faciliter l’implémentation de pratiques agroécologiques de gestion des bioagresseurs telluriques en maraîchage provençal sous abris. Je discute les évolutions possibles du dispositif méthodologique que j’ai développé au cours de ma thèse. Je propose ainsi d'améliorer son efficacité et de compléter le processus de conception en précisant les conditions de mise en œuvre des innovations conçues, en les évaluant et en les ancrant dans le système agri-alimentaire territorial. Enfin, je montre que ce travail contribue à établir des bases théoriques et méthodologiques à l’accompagnement du changement de pratiques par la reconception multi-échelle de systèmes agricoles. Les parties A « Problématique » et C « Discussion » de ma thèse sont rédigées en français. La partie B est constituée de trois articles et d’un chapitre de thèse rédigés en anglais
A rapid and far-reaching change towards farming practices that contribute to the protection of the environment and the human health is needed. In many cases, these alternative practices exist but are not implemented due to interconnected barriers at the plot, farm, territory, value chain and/or global level. In my thesis, I developed a methodology taking into account the determinants of the farming practice choices at the different levels to support the change in farming practices. I applied this methodology to a specific case study: the management of soil-borne pests and diseases, mainly root-knot nematodes, in sheltered vegetable farming systems in Provence (France). The impact of root-knot nematodes on vegetable crops is significant both in Provence (40% of farms affected) and worldwide. Their management is essentially based on the use of non-selective nematicides that are damaging for the human health and the environment.First, I carried out a sociotechnical analysis showing that most of the Provençal agri-food system was locked around the use of "radical soil disinfection" techniques, thus excluding the implementation of alternative agroecological techniques. This lock-in arose from interconnected barriers to the change in practices, involving a diversity of stakeholders at the Provençal level and beyond it: farmers, upstream and downstream of the sector (including consumers), R&D and public policy actors. Following this analysis, I studied existing coupled innovations that foster the implementation of agroecological crop protection in French vegetable systems. This “tracking of innovations” led us to identify 5 types of coupled innovations, and for each of them, the combinations of sociotechnical levers mobilized and the way they were implemented. Meanwhile, I developed a serious game enabling the effective sharing of the sociotechnical analysis results to the stakeholders of the studied problem. This serious game also enabled to facilitate stakeholders’ knowledge management and creativity and the collaboration between them, for initiating the design of innovative solutions tailored for the problem under study. Finally, I mobilized the previous works (analysis, tracking, serious game) in 4 co-design workshops conducted with the stakeholders. I created and implemented several methods in these workshops to design increasingly elaborate solutions that favor change in practices. As a result, we collectively designed 50 coupled innovations including 41 coupled innovations, thus opening up the space of possible solutions. We evaluated part of the complex coupled innovations.In the discussion, I point out the promising avenues of action and research to facilitate the implementation of agroecological practices for the management of soil-borne pests and diseases in Provençal sheltered vegetable farming systems. I discuss the possible evolution of the methodology I developed during this thesis, in order to improve its efficiency and complete the design process. I make proposals to specify the conditions of the implementation of the innovations designed, evaluate them and anchor them in the territorial agri-food system. Finally, I show that this work contributes to establishing theoretical and methodological bases to multi-level redesign of agricultural systems for accompanying changes in farming practices.Parts A "Problem" and C "Discussion" of my thesis are written in French. Part B consists of three articles and one chapter of the thesis written in English

Les adventices sont la principale menace pour les cultures, pour les gérer le moyen le plus utilisé est l’application d’herbicides. Leur emploi doit être réduit en raison de problèmes de santé et d'environnement. Pour les remplacer, il faut mettre en place des combinaisons de pratiques culturales. Cette complexification de la gestion des adventices, la nécessité de la raisonner sur le long terme et la multiplicité des impacts du système de culture font que les outils de modélisation sont d'une grande aide pour concevoir des systèmes de culture innovants. L'objectif de la thèse est de développer un outil d'aide à la décision (OAD) pour des conseillers agricoles afin d'assister la reconception de systèmes de culture moins consommateurs en herbicides. Notre approche consiste à déterminer la structure de ce nouvel OAD en interaction avec les futurs utilisateurs et son contenu biophysique à partir du fonctionnement de l'agroécosystème d'un modèle de recherche. Ce modèle est FLORSYS, un modèle mécaniste de « parcelle virtuelle » qui simule la dynamique de la flore adventice et du couvert cultivé en fonction des systèmes de culture et du pédoclimat et qui en déduit des indicateurs d'impact de la flore adventice sur la production agricole et les services écosystémiques. La thèse comprend trois étapes : (1) accélération de FLORSYS en méta-modélisant, par polynômes du chaos, son module le plus lent, le module d'interception du rayonnement lumineux individu-centrée du couvert culture:adventices avec transfert et interception de la lumière simulée au niveau du voxel (pixel 3D); (2) identification des pratiques culturales ayant le plus d'effet sur les indicateurs d'impact de la flore adventice, par fouille de données sur un très grand nombre de systèmes de culture réels simulés avec FLORSYS. Pour élargir la gamme des combinaisons d'entrées explorées, des systèmes de culture aléatoires ont été ajoutés à l'analyse. Des forêts aléatoires ont permis d'établir des grilles des techniques culturales les plus influentes en fonction des objectifs visés ; les arbres de régression identifient les combinaisons de pratiques culturales permettant d'atteindre ces mêmes objectifs; (3) en parallèle, le co-développement de la structure de l'OAD avec les futurs utilisateurs s’est fait via enquêtes et ateliers de co-conception de systèmes de culture, en termes de questions traitées, choix et formats des entrées et sorties etc. Dans l'étape (1), la comparaison entre la version voxelisée et la version méta-modélisée au niveau de la plante entière a mis en lumière le compromis précision/rapidité du modèle. Le métamodèle est plus rapide pour tester des stratégies d'agriculture de précision nécessitant de connaître précisément la position et le volume des plantes. Dans les autres cas, diminuer la précision en utilisant la version voxelisée avec un grand voxel est plus rapide. L'étape (2) montre que pour réduire l'impact des adventices sur la production, le travail du sol, principalement en été, et l’utilisation d’herbicides sont les pratiques les plus influentes. L'étape (3) a identifié deux cas d'utilisation pour le futur OAD : la reconception de systèmes de culture nécessite un OAD synthétique basé sur des méta-règles de décision; le réajustement de système de culture nécessite un OAD plus détaillé en termes de description du système de culture et des effets de la flore. L'OAD synthétique est composé de grilles de conseil, d'arbres de décision et d’un simulateur rapide basé sur des forêts aléatoires; sa facilité et sa capacité à prédire à la fois des éléments connus mais aussi surprenants pour les conseillers, en font un intéressant support lors d'ateliers de conception de systèmes de culture pour proposer les grandes lignes de reconception des systèmes de culture multiperformants. L’OAD détaillé sera une version de FLORSYS pré-paramétrée pour différentes régions pour ajuster finement des systèmes de culture candidats à chaque type de situation d'agriculteur
The main threat to agricultural crops are weeds with herbicides being the primary cropping management practice. Due to the negative impact of herbicides on health and environment, their use must be reduced. To replace herbicides, numerous cropping practices need to be implemented. This makes weed management more complicated and, together with necessity of scheduling operations at long-term and the multiplicity of cropping system impacts, explains why models are so useful for designing innovative cropping systems. The aim of this thesis was to develop a Decision Support System (DSS) intended for crop advisors to help design cropping systems that are less dependent on herbicides. Our approach consisted in identifying the structure of the DSS in interaction with future users while using an existing research model for the biophysical content of the tool. The research model, FLORSYS, is a mechanistic model of a “virtual field” simulating the weed flora dynamics from both cropping systems and pedoclimatic conditions. As output, it provides weed impact indicators, both for crop production and ecosystem services. This work was achieved via three steps: (1) increasing the speed of FLORSYS simulations by metamodelling, via polynomial chaos extension, the slowest submodel, i.e. the radiation interception. This submodel is based on a 3D representation of each plant of the crop:weed canopy where the transfer and interception of the radiation is computed at a voxel (3D pixel) scale. (2) The identification of the most influential cropping practices on weed impacts indicators via datamining on a wide range of simulated cropping systems with FLORSYS. To widen the range of cropping systems, random cropping systems were added to the study. Random forest allowed the construction of charts of the most important cropping practices contingent on different objectives; classification and regression trees gave the optimal combinations of practices leading to those objectives. (3) Simultaneously, the co-development of the structure of the DSS with future users was done via surveys and workshops to design cropping systems. These interactions aimed at defining which questions should be answered with the DSS, which inputs and outputs, and with which format, should be used. In step (1), the simulation time of the voxelised FLORSYS and the FLORSYS metamodelled at the scale of the plant highlighted the precision/speed trade-off of the model. The metamodel is faster for agricultural practices requiring precise knowledge of the position and volume of plants. In other cases, decreasing the precision by using the voxelized FLORSYS with an increased voxel size is much faster. Step (2) shows no general conflict between crop protection and ecosystem service indicators. The conservation of both crop protection and ecosystem services is thus possible, except for bee food offer. To reduce weed impacts on production, tillage, especially in summer, and herbicide use are the main cropping techniques. In step (3) two use cases were identified: (1st) the redesign of a cropping system requires a synthetic tool, based on meta-decision rules (e.g. rotating winter and spring crops, ploughing once every three years); (2nd) adjusting cropping practices requires a detailed tool, with detailed inputs on the cropping system. The synthetic DSS is composed of charts of the most important cropping system practices, of decision trees, and an emulator of FLORSYS based on random forests. Its capacity to predict known facts makes it an essential discussion medium for cropping system design workshops, particularly to suggest the outlines of multi-performant cropping systems. The detailed DSS consists of a pre-parameterized version of FLORSYS for different regions, to allow the fine tuning of cropping systems to constraints and objectives of farmers

Les adventices sont la principale menace pour les cultures, pour les gérer le moyen le plus utilisé est l’application d’herbicides. Leur emploi doit être réduit en raison de problèmes de santé et d'environnement. Pour les remplacer, il faut mettre en place des combinaisons de pratiques culturales. Cette complexification de la gestion des adventices, la nécessité de la raisonner sur le long terme et la multiplicité des impacts du système de culture font que les outils de modélisation sont d'une grande aide pour concevoir des systèmes de culture innovants. L'objectif de la thèse est de développer un outil d'aide à la décision (OAD) pour des conseillers agricoles afin d'assister la reconception de systèmes de culture moins consommateurs en herbicides. Notre approche consiste à déterminer la structure de ce nouvel OAD en interaction avec les futurs utilisateurs et son contenu biophysique à partir du fonctionnement de l'agroécosystème d'un modèle de recherche. Ce modèle est FLORSYS, un modèle mécaniste de « parcelle virtuelle » qui simule la dynamique de la flore adventice et du couvert cultivé en fonction des systèmes de culture et du pédoclimat et qui en déduit des indicateurs d'impact de la flore adventice sur la production agricole et les services écosystémiques. La thèse comprend trois étapes : (1) accélération de FLORSYS en méta-modélisant, par polynômes du chaos, son module le plus lent, le module d'interception du rayonnement lumineux individu-centrée du couvert culture:adventices avec transfert et interception de la lumière simulée au niveau du voxel (pixel 3D); (2) identification des pratiques culturales ayant le plus d'effet sur les indicateurs d'impact de la flore adventice, par fouille de données sur un très grand nombre de systèmes de culture réels simulés avec FLORSYS. Pour élargir la gamme des combinaisons d'entrées explorées, des systèmes de culture aléatoires ont été ajoutés à l'analyse. Des forêts aléatoires ont permis d'établir des grilles des techniques culturales les plus influentes en fonction des objectifs visés ; les arbres de régression identifient les combinaisons de pratiques culturales permettant d'atteindre ces mêmes objectifs; (3) en parallèle, le co-développement de la structure de l'OAD avec les futurs utilisateurs s’est fait via enquêtes et ateliers de co-conception de systèmes de culture, en termes de questions traitées, choix et formats des entrées et sorties etc. Dans l'étape (1), la comparaison entre la version voxelisée et la version méta-modélisée au niveau de la plante entière a mis en lumière le compromis précision/rapidité du modèle. Le métamodèle est plus rapide pour tester des stratégies d'agriculture de précision nécessitant de connaître précisément la position et le volume des plantes. Dans les autres cas, diminuer la précision en utilisant la version voxelisée avec un grand voxel est plus rapide. L'étape (2) montre que pour réduire l'impact des adventices sur la production, le travail du sol, principalement en été, et l’utilisation d’herbicides sont les pratiques les plus influentes. L'étape (3) a identifié deux cas d'utilisation pour le futur OAD : la reconception de systèmes de culture nécessite un OAD synthétique basé sur des méta-règles de décision; le réajustement de système de culture nécessite un OAD plus détaillé en termes de description du système de culture et des effets de la flore. L'OAD synthétique est composé de grilles de conseil, d'arbres de décision et d’un simulateur rapide basé sur des forêts aléatoires; sa facilité et sa capacité à prédire à la fois des éléments connus mais aussi surprenants pour les conseillers, en font un intéressant support lors d'ateliers de conception de systèmes de culture pour proposer les grandes lignes de reconception des systèmes de culture multiperformants. L’OAD détaillé sera une version de FLORSYS pré-paramétrée pour différentes régions pour ajuster finement des systèmes de culture candidats à chaque type de situation d'agriculteur
The main threat to agricultural crops are weeds with herbicides being the primary cropping management practice. Due to the negative impact of herbicides on health and environment, their use must be reduced. To replace herbicides, numerous cropping practices need to be implemented. This makes weed management more complicated and, together with necessity of scheduling operations at long-term and the multiplicity of cropping system impacts, explains why models are so useful for designing innovative cropping systems. The aim of this thesis was to develop a Decision Support System (DSS) intended for crop advisors to help design cropping systems that are less dependent on herbicides. Our approach consisted in identifying the structure of the DSS in interaction with future users while using an existing research model for the biophysical content of the tool. The research model, FLORSYS, is a mechanistic model of a “virtual field” simulating the weed flora dynamics from both cropping systems and pedoclimatic conditions. As output, it provides weed impact indicators, both for crop production and ecosystem services. This work was achieved via three steps: (1) increasing the speed of FLORSYS simulations by metamodelling, via polynomial chaos extension, the slowest submodel, i.e. the radiation interception. This submodel is based on a 3D representation of each plant of the crop:weed canopy where the transfer and interception of the radiation is computed at a voxel (3D pixel) scale. (2) The identification of the most influential cropping practices on weed impacts indicators via datamining on a wide range of simulated cropping systems with FLORSYS. To widen the range of cropping systems, random cropping systems were added to the study. Random forest allowed the construction of charts of the most important cropping practices contingent on different objectives; classification and regression trees gave the optimal combinations of practices leading to those objectives. (3) Simultaneously, the co-development of the structure of the DSS with future users was done via surveys and workshops to design cropping systems. These interactions aimed at defining which questions should be answered with the DSS, which inputs and outputs, and with which format, should be used. In step (1), the simulation time of the voxelised FLORSYS and the FLORSYS metamodelled at the scale of the plant highlighted the precision/speed trade-off of the model. The metamodel is faster for agricultural practices requiring precise knowledge of the position and volume of plants. In other cases, decreasing the precision by using the voxelized FLORSYS with an increased voxel size is much faster. Step (2) shows no general conflict between crop protection and ecosystem service indicators. The conservation of both crop protection and ecosystem services is thus possible, except for bee food offer. To reduce weed impacts on production, tillage, especially in summer, and herbicide use are the main cropping techniques. In step (3) two use cases were identified: (1st) the redesign of a cropping system requires a synthetic tool, based on meta-decision rules (e.g. rotating winter and spring crops, ploughing once every three years); (2nd) adjusting cropping practices requires a detailed tool, with detailed inputs on the cropping system. The synthetic DSS is composed of charts of the most important cropping system practices, of decision trees, and an emulator of FLORSYS based on random forests. Its capacity to predict known facts makes it an essential discussion medium for cropping system design workshops, particularly to suggest the outlines of multi-performant cropping systems. The detailed DSS consists of a pre-parameterized version of FLORSYS for different regions, to allow the fine tuning of cropping systems to constraints and objectives of farmers

Le diabète mellitus, également désigné comme la maladie du siècle, est une pathologie mortelle qui affecte le système endocrinien. Les mécanismes liés à la rupture de la boucle de rétroaction, qui régule le métabolisme et induit le diabète, ne sont pas entièrement connus. La compréhension des mécanismes d'action de l'insuline est donc essentielle pour le développement de stratégies thérapeutiques efficaces afin du lutter contre cette maladie. Par conséquent, il est impératif de trouver un modèle robuste et fiable, capable de surmonter les limites de la culture cellulaire traditionnelle en 2D et de l'expérimentation animale, pour la recherche sur le diabète. L'objectif de cette thèse est de développer un nouveau modèle de co‐culture foie‐pancréas en utilisant des systèmes microphysiologiques avancés (MPs) afin d’aborder plus efficacement le mécanisme impliqué dans la régulation endocrinienne hépatique et pancréatique. Ce travail met en évidence la capacité des systèmes multi‐organes sur puce qui combinent la compartimentation avancée des cellules en 3D, la microfluidique et la technologie des cellules souches pluripotentes induites (iPSC), pour atteindre une complexité biologique élevée et des fonctions rarement reproduites par une seule de ces technologies d’ingénierie tissulaire
Diabetes mellitus (DM) or the so called disease of the century is a life threatening dysfunction that affects the endocrine system. The mechanisms underlying the break in the feedback loop that regulates the metabolism and the consequent diabetes induction are not fully known. Understanding the mechanisms of insulin action is therefore crucial for the further development of effective therapeutic strategies to combat DM. Accordingly, it is imperative to find a robust and reliable model for diabetes research able to overcome the limitations of traditional 2D in vitro cell culture and animal experimentation. The aim of this thesis is to develop a new liver‐pancreas co‐culture model using advanced microphysiological systems (MPs) to tackle more effectively the mechanism involving the hepatic and pancreatic endocrine regulation. This work highlights the power of multi organ‐on‐chip systems that combines the advanced 3D‐cell compartmentalization, microfluidics and induced pluripotent stem cells (iPSC) technology to achieve a high biological complexity and functions that are rarely reproduced by only one of these tissue engineering technologies

Le besoin clinique de nouvelles technologies pour favoriser la régénération des tissus et des organes lésés ou malades a permis l'émergence de l'ingénierie tissulaire. Ce concept s'est révélé être une stratégie prometteuse afin de fournir une alternative aux maladies vasculaires dans un futur plus ou moins proche. Les modèles issus du génie tissulaire vasculaire ont également le potentiel d'être utilisés comme des modèles in vitro de tissus pour l'étude des processus physiopathologiques ainsi que pour des essais précliniques de médicaments et de différents dispositifs médicaux. De nombreuses approches existent dans ce domaine ayant chacune ses avantages et inconvénients, mais aucune n'a encore eu un réel succès. Dans ce contexte, le projet de cette thèse a été de concevoir, développer et valider un modèle de la paroi vasculaire en mimant la structure d'une artère naturelle. Brièvement, une artère est composée de trois couches composées chacune d'un type cellulaire différent qui lui confèrent des propriétés et des fonctions propres à chaque type de cellules. Celles-ci sont enchevêtrées dans une matrice extracellulaire majoritairement composée de collagène. En se basant sur les travaux précédents du Laboratoire de Biomatériaux et Bioingénierie de l'Université Laval, le gel de collagène de type I a été utilisé comme matrice tridimensionnelle grâce à son fort potentiel pour supporter et guider les cellules vasculaires dans le processus de régénération du tissu in vitro. L’objectif a été le développement d'un modèle de tri-culture avec un échafaudage à base de collagène pour imiter intimement l'organisation cellulaire en tri-couches des artères natives. Dans un premier temps, un modèle plat a été élaboré et caractérisé. Puis dans un deuxième temps, une nouvelle méthode pour créer des tubes cellularisés de collagène a été mise au point. Et enfin, dans un troisième temps, le développement d'un protocole pour la création d'une tri-culture tubulaire soutenue par une matrice de collagène a été conçu et validé.
The tremendous clinical need for the development of technologies to facilitate the regeneration of injured or diseased tissues and organs allowed the openning of tissue engineering field. The concept of vascular tissue engineering has emerged as a promising strategy in order to provide an alternative to animal models of vascular diseases. Engineered arterial models have the potential to be used instantly as an in vitro models of vascular tissue for the investigation of patho/physiological processes and as preclinical tests for drugs and devices. Many approaches exist in this area, each with its advantages and disadvantages but none of the approaches yet had a real success. With this in mind, the objective of this thesis was to design, develop and validate an easy and fast-to-prepare vascular wall model mimicking the natural artery structure. Briefly, an artery is composed of three layers, consisting of different cell types that confer each layer with certain properties and functions. These cells are embedded in extracellular matrix mainly composed of collagen. Based on the previous work of the Laboratory for Biomaterials and Bioengineering of Laval University, type I collagen gel was used as a three dimensional matrix; thanks to its strong potential to support and guide the vascular cells in the process of tissue regeneration in vitro. The objective was therefore to develop a tri-culture model based on collagen scaffold to closely mimic the cellular organization in tri-layers of native arteries. First, a flat model was developed and characterized. Then secondly, a new method for creating cellularized collagen tubes was developed. And finally, the development of a protocol for the establishment of a tubular tri-culture supported by a collagen matrix was designed and valided.

La barrière épithéliale intestinale est une structure dynamique constituée d'une monocouche de cellules épithéliales polarisées et reliées entre elles par les jonctions serrées, complexes multi-protéiques reliés au filaments d'actine. L'homéostasie de cette barrière est notamment assurée par un équilibre entre prolifération/différenciation/mort cellulaire et un équilibre entre perméabilité aux nutriments/électrolytes et étanchéité vis-à-vis des agents pathogènes endoluminaux. Ce travail de thèse visait à déterminer le rôle du système nerveux entérique (SNE) dans le contrôle de l'homéostasie de la barrière épithéliale intestinale. La mise au point d'un modèle de co-culture plexus sous-muqueux coliques humains/lignée épithéliale colique humaine a permis de montrer que le SNE module 1) la perméabilité paracellulaire (flux de dextran-FITC 4 kDa et d'inuline-FITC) et l'expression de la protéine associée aux jonctions serrées ZO-1 (protéine et ARNm et 2) la prolifération cellulaire. Ces effets sont en partie médiés par une voie VIPergique. Enfin, 3) le VIP module la production d'IL-8 (sécrétion baso-latérale et ARNm) par une voie en partie dépendante des MAP kinases ERK1/2 et p38 et indépendante de la PKA. Ces travaux montrent que le SNE est un régulateur clé de l'homéostasie de la BEI et permettent d'envisager une approche neuro-pharmacologique des altérations de la perméabilité intestinale et des phénomènes d'hyperprolifération observés au cours des pathologies inflammatoires et infectieuses intestinales
The intestinal epithelial barrier is a dynamic structure composed of polarised epithelial cells organised in monolayer and joined by tight junctions which are multi-protein complexes connected to the actin cytoskeleton. Intestinal barrier homeostasis is governed by a fine tuned balance between cell proliferation, differenciation and death. This barrier has to allow nutrient and electrolyte permeability while being a fence against pathogens. This work aimed at determining the role of the enteric nervous system (ENS) in the control of the intestinal epithelial barrier. A co-culture model, composed of human submucosal colonic plexus and a human colonic epithelial cell line co-culture, was developped, which allowed us to show that the ENS modulates 1) paracellular permeability (4 kDa FITC-dextran and FITC-inulin fluxes) and the expression of the tight junction-associated protein ZO-1 and 2) cell proliferation. These effects are mediated in part by a VIPergic pathway. Finally, 3) VIP modulates epithelial IL-8 production (baso-lateral secretion and mRNA) in part via ERK1/2- and p38-dependent pathways and a PKA-independent pathway. Thus, this work show that the ENS is a key modulator of the intestinal epithelial barrier homeostasis and can give new insights into a neuro-pharmacological approach of intestinal permeability alteration and hyperproliferation observed during intestinal inflammatory and infectious disorders

La culture numérique est une culture écrite. La production de textes numériques repose sur l'utilisation d'un système d'écriture qui possède ses propres signes et ses propres règles, le code de programmation, ainsi que sur des dispositifs de communication prédisposant cette pratique. Plus particulièrement, si l'on s'intéresse aux écrits linguistiques, on peut identifier différentes phases de développement (web 1.0, web 2.0, web 3.0) qui dépendent des avancées technologiques des dispositifs de production et de réception ainsi que des dynamiques de circulation des écrits (lecture, production, coproduction, partage et référencement d’écrits linguistiques numériques). Dans cet article nous proposerons une brève histoire de la textualité linguistique numérique, ainsi qu’une réflexion critique sur les enjeux sémiotiques des transitions entre les différentes étapes de cette histoire.