Tesis sobre el tema "Physique biologique"

La compréhension des propriétés adhésives de deux films de latex polyuréthane et polyacrylique sur substrat biologique est traitée par une approche pluridisciplinaire. La structure auto-associée du polyuréthane, due à des interactions hydrogène et ioniques, ainsi que l'existence d'une séparation de phases permettent d'expliquer la persistance du réseau de membranes hydrophiles et de l'eau résiduelle (conduisant à une hydroplastification du polymère) et l'évolution des propriétés mécaniques du film au cours du séchage. L'absence de miscibilité thermodynamique du polyuréthane avec des additifs (agents silicones, épaississant polyuréthane associatif) est montrée. L'étude en FTIR-ATR de l'interface rompue montre l'existence d'une couche d'eau interraciale fortement liée au polymère (conduisant à un affaiblissement des interactions non dispersives avec le substrat et à une diminution de la cohésion de l'interphase) et la migration des additifs à l'interface film /substrat (enrichissement proportionnel à la valeur nominale d'agent introduite qui génère une couche de faible cohésion). L'étude des interactions interraciales en IRAS précise que lorsqu'il est adsorbé, le polyuréthane reste auto-associé, lié à l'eau et n'établit pas d'interaction spécifique avec le substrat. L'étude des interactions entre cinq polymères et trois substrats montre que l'établissement de liaisons acide-base est piloté par le caractère acide-base relatif des deux espèces en présence, mais aussi par leur disponibilité (absence d'association, mobilité macromoléculaire). En comparaison, le latex polyacrylique est faiblement associé et des interactions spécifiques existent entre la fonction acrylique et le tissu biologique. L'énergie d'adhérence en pelage, le mécanisme de propagation de la rupture et l'endommagement dépendent fortement de l'état de séchage du film polyuréthane et de l'existence d'une couche de faible cohésion. Deux paramètres fondamentaux ressortent de l'étude: la nature de la dissipation mécanique, essentiellement plastique (et beaucoup moins visqueuse) et la résistance adhésive a, de l'interface qui permet d'activer ces dissipations. Le mécanisme de séparation semble dicté par la position relative du seuil d'écoulement du film OY par rapport à la résistance interraciale OI

La conservation réfléchie des collections anthropologiques représente une nouvelle approche du concept « d’archives biologiques ». Notre travail, qui s’inscrit dans le contexte de la gestion et de l’exploitation scientifique de ces collections, a pour objectif d’améliorer leur définition et leur conservation à l’aide d’outils spécifiques que nous développons. Nous avons reconsidéré les collections anthropologiques dans une perspective épistémologique et nous en proposons une nouvelle classification adaptée à leur gestion scientifique. Nous avons élaboré un dispositif informatique de gestion composé de trois bases de données assurant l’indexation des collections, des sujets étudiés et des données paléopathologiques associées en nous basant sur les collections des laboratoires d’anthropologie de Marseille et de Szeged (Hongrie). Nous avons réalisé des analyses comparatives avec près d’une quarantaine de lieux de dépôts anthropologiques et mettons en perspective ces recherches dans la réflexion nationale et internationale sur l’évolution du statut des collections anthropologiques et leur avenir à long terme
A new approach of “biological archives” can be illustrated by the “thoughtful” conservation of anthropological collections. The aim of our investigation is to improve the field of curation and scientific exploitation of “human remains library”. In that way, we are developing specific tools which are dedicated to an amelioration of both definition and curation of anthropological series. The epistemological perspective of anthropological series is take into account and we are developing a new classification adapted to their scientific management. We are also proposing a curation system constituted by tree databases dedicated to the storage of data concerning collections, individuals and their associated paleopathological features based on Marseilles and Szeged Department of Anthropology of. A comparison with 40 different places of storage could have been realised. Furthermore, a bibliographical study allowed the identification of the main patterns of long term curation

Les mammifères marins grands plongeurs évoluent dans un environnement tridimensionnel dans lequel les conditions physiques et biologiques varient. Les variations de ces conditions peuvent influencer leur utilisation de la dimension verticale. Les travaux de cette thèse s’appuient dans un premier temps sur le traitement du signal acoustique échantillonné par un échosondeur miniaturisé déployé sur des éléphants de mer austraux, pour apporter une caractérisation biologique inédite de la colonne d’eau. A travers ce signal acoustique ont pu être observés des organismes des niveaux trophiques intermédiaires, mais aussi des évènements d’export particulaire importants. Pour déterminer l’influence des variables environnementales dynamiques, telles que la température ou la salinité, sur la position verticale des éléphants de mer et des baleines à bec de Blainville, nous avons proposé une approche méthodologique adaptée à l’utilisation des profils environnementaux en tant que prédicteurs, et ce en utilisant des approches d’analyses fonctionnelles. En utilisant les variables collectées in situ par les éléphants de mer, il en ressort que leur profondeur de plongée est effectivement influencée par les profils environnementaux. En revanche, la prédiction de la position verticale à partir du modèle construit tend à sous-estimer la profondeur à laquelle se trouvent les animaux, notamment dans les zones marquées par une forte dynamique océanique. À l’inverse, la même approche appliquée au jeu de donnée restreint des baleines à bec et avec variables environnementales issues de modèles océanographiques, suggère l’absence d’effet des conditions environnementales sur leur utilisation de la colonne d’eau. Sous réserve de données de résolution spatio-temporelle suffisante, la méthodologie proposée pourrait permettre l’intégration de la dimension verticale dans la conception de modèles d’habitats tridimensionnels
Deep-diving mammals evolve within a tri-dimensional environment where the physical and biological conditions vary. These variations can influence their utilization of the vertical dimension. This Ph.D. thesis focuses, first, on acoustic signal analysis, the signal being sampled by a miniaturized echo-sounder deployed on southern elephant seals, and aims at biologically describing the water column. Through that acoustic signal, mid-trophic level organisms have been observed, as well as important particle export. Second, to determine the influence of dynamic environmental variables, such as temperature or salinity, on the vertical position of elephant seals and Blainville’s beaked whales, we proposed a new methodology suitable for using environmental predictors described in the form of profiles by using functional analysis approaches. When using the variables obtained in situ by elephant seals, we show that the environmental profiles influence the depth of the dives. However, the model tends to underestimate the predicted depth of animals, mainly in areas where high oceanic dynamics are observed. When using the same approach on the restricted beaked whales’ dataset, and by using environmental variables obtained from oceanographic models, we did not observe any impact of the environmental conditions on the whales’ water column use. This methodological approach could allow the integration of the vertical dimension toward the development of tri-dimensional habitat modelling under the conditions that the spatial and temporal resolutions of the dataset are adequate

Le palladium est un métal de plus en plus utilisé pour les reconstitutions prothétiques dans le domaine d'odontologie. Il est particulièrement employé dans les alliages céramo-métalliques pour en élever le point de fusion en remplaçant le platine avantageusement sur le plan économique. En raison d'une controverse au sujet du palladium s'attaquant notamment à ces performances biologiques, notre étude concerne une évaluation de la cytocompatibilité de 36 alliages céramo-métalliques et conventionnels commercialisés pour déterminer l'impact du palladium sur leur cytocompatibilité. A partir de 4 tests de cytotoxicité in vitro (prolifération, viabilité, morphologie, inflammatoire) il nous a été possible d'établir un index de cytotoxicité afin de classer les alliages les uns par rapport aux autres. La présence de cuivre dans les alliages semblait être un facteur important concernant leur cytotoxicité. La deuxième partie de ce travail est effectué sur une série plus homogène de 14 alliages à base de palladium et établie par un plan d'expérience : Pd 60-80%, Cu 0-25%, Ag 0-40%, Au 0-10%. L'étude comporte la formulation, l'analyse de la microstructure des mesures de relargage suivies par ICP, des essais électrochimiques (potentiel d'abandon, polarisation anodique, polarisation globale) et l'évaluation de l'index de cytotoxicité de ces alliages par les mêmes tests biologiques. Le traitement de la réponse biologique et des données physico-chimiques par le plan d'expériences nous indique un effet défavorable du cuivre et qu'une proportion d'or environ 5% serait à respecter pour obtenir une cytocompatibilité optimale. La présence d'argent n'est pas un facteur défavorable (tout au moins pas dans le domaine d'étude). Les résultats obtenus en électrochimie et en cytocompatibilité valident aussi bien le plan d'expériences que l'index de cytotoxicité établi.

Cette thèse présente une étude théorique menée par des méthodes de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT et TDDFT), dans laquelle on modélise la réponse optique non linéaire de molécules sondes en milieu biologique. Les systèmes considérés sont d’une part des molécules push-pull (nitrobenzène substitué par un groupe donneur d’électrons) en relation avec la molécule de para-nitrophénylphosphate et d’autre part les acides aminés aromatiques, tryptophane, tyrosine et phénylalanine. Dans ce travail on détermine la structure électronique de l’état fondamental et des états excités, ainsi que les composantes des tenseurs de polarisabilité et d’hyperpolarisabilité décrivant les propriétés optiques de la molécule. La description de l’environnement biologique, notamment celle du solvant aqueux entourant les molécules, est réalisée au moyen d’un modèle diélectrique polarisable et de molécules de solvant formant des liaisons hydrogène avec le soluté
This thesis presents a density functional theory (DFT and TDDFT) study, in which we describe the non linear optical response of molecular probes in biological environment. The considered systems are first push-pull molecules (nitrobenzene substituted by an electronic donor group) in connection with the para-nitrophenylphosphate molecule and secondly the aromatic amino acids, tryptophan, tyrosine and phenylalanine. In this work, we determine the ground state and excited states electronic structure, as well as the components of the polarizability and hyperpolarizability tensors, describing the optical properties of the molecule. The description of the biological environment, particularly the aqueous solvent surrounding the molecules, is realized by means of a polarisable dielectric model and by solvent molecules forming hydrogen bounds with the solute

Classiquement le transfert des contaminants dans le milieu souterrain est modélisé par un couplage des processus de transport physiques (écoulements contrôlés par les structures géologiques poreuses) et des processus de dégradation ou d'immobilisation chimiques et biologiques. Tant sur les structures géologiques que sur la chimie et la physique, les modèles sont de plus en plus détaillés mais de plus en plus difficiles à calibrer sur des données toujours très parcellaires. Dans cette thèse, nous développons une approche alternative basée sur des modèles parcimonieux sous la forme d’un simple graphe de compartiments interconnectés généralisant les modèles d’interaction de continuums (MINC) ou de transfert à taux multiples (MRMT). Nous montrons que ces modèles sont particulièrement adaptés aux milieux dans lesquels la diffusion de solutés occupe un rôle prépondérant par rapport à l’advection, tels les sols ou les aquifères très hétérogènes comme les aquifères fracturés. L'homogénéisation induite par la diffusion réduit les gradients de concentration, accélère les mélanges entre espèces et fait de la distribution des temps de résidence un excellent proxy de la réactivité. En effet, ces structures simplifiées reconstituées à partir d’informations de temps de résidence se révèlent également pertinentes pour des réactions chimiques non linéaires (e.g. sorption, précipitation/dissolution). Nous montrons finalement comment ces modèles peuvent être adaptés automatiquement à des observations d’essais de traceurs ou de réactions de biodégradation. Ces approches parcimonieuses présentent de nombreux avantages dont la simplicité de développement et de mise en œuvre. Elles permettent d’identifier les déterminants majeurs des échanges entre zones advectives et diffusives ou entre zones inertes et réactives, et d’extrapoler des processus de réactivité à des échelles plus larges. L’utilisation de données de fractionnement isotopique est proposée pour améliorer la dissociation entre l’effet des structures et de la réactivité
Modelling of contaminant transfer in the subsurface classically relies on a detailed representation of transport processes (groundwater flow controlled by geological structures) coupled to chemical and biological reactivity (immobilization, degradation). Calibration of such detailed models is however often limited by the small amount of available data on the subsurface structures and characteristics. In this thesis, we develop an alternative approach of parsimonious models based on simple graphs of interconnected compartments, taken as generalized multiple interacting continua (MINC) and multiple rate mass transfer (MRMT). We show that this approach is well suited to systems where diffusion-like processes are dominant over advection, like for instance in soils or highly heterogeneous aquifers like fractured aquifers. Homogenization induced by diffusion reduces concentration gradients, speeds up mixing between chemical species and makes residence time distributions excellent proxies for reactivity. Indeed, simplified structures calibrated solely from transit time information prove to provide consistent estimations of non-linear reactivity (e.g. sorption and precipitation/dissolution). Finally, we show how these models can be applied to tracer observations and to biodegradation reactions. Two important advantages of these parsimonious approaches are their facility of development and application. They help identifying the major controls of exchanges between advective and diffusive zones or between inert and reactive zones. They are also amenable to extrapolate reactive processes at larger scale. The use of isotopic fractionation data is proposed to help discriminating between structure-induced effects and reactivity

Ce mémoire présente la mise en place d'un système complet de microscopie de fluorescence basé sur le processus non linéaire d'absorption à deux photons. Cette technique récente de microscopie biphotonique est caractérisée par de nombreux avantages pour l'étude d'échantillons biologiques, notamment en terme de limitation des photodommages. Combinée à des méthodes d'analyse de la dynamique d'émission de fluorescence, elle permet l'étude à la fois spatiale et temporelle de l'émission de fluorescence. Dans ce contexte, nous avons développé deux techniques d'analyse résolue en temps de la fluorescence. Une première technique d'analyse dynamique, la microscopie de corrélation de fluorescence, basée sur des mesures en micro-volume et sur une faible concentration moléculaire, a essentiellement été appliquée à l'étude du processus de diffusion translationnelle. En particulier, la microscopie de corrélation de fluorescence a permis, avec la sensibilité de détection d'une molécule unique, la détermination des coefficients de diffusion de sondes souvent utilisés en biologie. .
This thesis presents the development of a fluorescence microscope based on the non linear process of two-photon absorption. This new type of fluorescence microscopy characterized by a intrinsic three-dimensional spatial resolution comparable to those of the confocal microscope, offers also many advantages for biological studies, in particular in terms of restriction of the photodamages. Combined with time resolved techniques, two-photon microscopy allows imaging with high space and time resolutions and opens up new opportunities for biological dynamics studies. In this context, two time resolved techniques for fluorescence analysis under two-photon excitation have been developed. The first time resolved technique, the fluorescence correlation microscopy, based on measurements in micro-volumes with weak molecular concentration, has been essentially applied to the study of translational diffusion processes. In particular, the technique has allowed the determination, at the single molecule level, of the diffusion coefficient of various fluorescent biological probes. .

Pour comprendre comment les propriétés mécaniques des cellules jouent au niveau d'un tissu et déterminent la morphogénèse, il a été proposé que les cellules se comportent comme les bulles de savon, ou comme des molécules dans un liquide. Nous testons numériquement ces analogies entre tissus et systèmes physiques, en collaboration avec des experimentateurs. Dans la rétine de la Drosophile, les cellules ont été comparées aux bulles de savon. On trouve que la ressemblance entre les cellules et bulles de savon n'est pas due à leur propriétés physiques, mais à leur structure collective: les cellules dans un tissu pavent l'espace, comme les bulles dans une mousse, donc elles influencent leur formes entre elles. Le tri spontané des cellules de types différents est souvent comparé à la démixion de liquides. Pour les liquides, ce comportement est produit par des différences d'attraction entre les molécules, alors qu'on trouve que pour les cellules embryonnaires du poisson zèbre la contraction différentielle du cortex des cellules est le facteur le plus important. La compression d'un agrégat de cellules a été analysé comme si c'était une goutte liquide, où les propriétés sont déterminées uniquement par la tension de surface. Mais, les cellules dans un agrégat peuvent se déformer et se réarranger, et des contraintes plutôt solides co-déterminent la forme et les forces de l'agrégat. Ces analogies physiques sont donc incomplètes, mais intéressantes. A partir d'elles, nous proposons ici une description propre aux cellules: un agrégat ou tissu est une collection de cellules vivantes qui peuvent changer leur forme et se réarranger. Cette approche nous permet d'étudier l'effet de l'adhésion cellulaire, la tension corticale, et les fluctuations des cellules sur le comportement collectif et la morphogénèse
To understand how cellular mechanical properties act on the level of a tissue, where they are implied in morphogenesis, it has been proposed that cells act as soap bubbles or molecules in a liquid. We test these analogies between tissues and physical systems with a computational model, in collaboration with experimentalists. In the retina of Drosophila, the packing of cells has been compared to soap bubble packing. We find that the resemblance is not due to the physical resemblance of cells and bubbles, but to a similar organisation on the collective level: cells in a tissue tile the space, like bubbles in a foam, thereby influencing each other's shapes. The spontaneous sorting of cells of different types has been compared to the demixing of liquids. While in liquids this behaviour is due to the attraction between molecules, we find that in aggregates of zebrafish germlayer cells differential contraction of the cytoskeleton plays a role as well. Compression of an aggregate of cells has been analysed as if the aggregate behaved as a liquid drop, where only the surface tension determines its properties. However, individual cells in the aggregate deform and rearrange, and solid-like stresses inside the aggregate co-determine its shape and forces. The widely used physical analogies prove thus to be incomplete, but interesting. We propose a distinctive description, in which an aggregate or tissue is a collection of closely packed living cells that change shape and rearrange. This approach allows to study how cell adhesion, cortical tension and the cellular fluctuations govern the behaviour on the collective level, and on morphogenesis

Les exigences de la législation sur l'eau et les déchets auront pour conséquence, une augmentation de la production de boues associée à des contraintes croissantes d'évacuation. Aussi, l'étude de procédés contribuant à une réduction de la production de boues tout en préservant la qualité de l'épuration de l'influent devient une priorité. Dans un premier temps, la production de boues d'un système biologique conventionnel a été étudiée. Un modèle mathématique a été appliqué afin de décrire et de quantifier par une étude de sensibilité du modèle, les paramètres déterminants de la production de boues tels que le rendement de conversion, le taux de décès et la fraction inerte. L'étude des différents traitements physico-chimiques a permis l'évaluation des potentialités spécifiques tant vis à vis de la réduction de la taille des particules, favorable à une augmentation de la biodégradabilité que, vis à vis d'une inactivation des cellules, synonyme d'une augmentation des besoins de maintenance et/ou du décès cellulaire et/ou de la lyse cellulaire. L'étude et l'identification de la synergie des processus physico-chimiques et biologiques de transformation de la matière organique et minérale est réalisée à partir d'essais en continu. L'analyse partielle des mécanismes d'action des traitements associés a été réalisée à partir des essais en discontinu et continu. Une réduction significative de la production de boues ne semble envisageable que, si le traitement associé induit une augmentation des besoins de maintenance des cellules, une augmentation de la biodégradabilité de la pollution accumulée dans le système lors du procédé d'épuration. Basée sur les performances des systèmes en terme de réduction de la production de boues et sur les mécanismes d'action, une première comparaison des technologies de traitements associés est réalisée. Le suivi de la qualité de et des boues produites permet de valider l'intégration de tels procédés dans la filière de traitement des eaux usées
Due to the increased number of wastewater treatment plants, their higher efficiency and more stringent regulations, a great interest in techniques allowing for the minimisation of the sludge production without decreased quality effluent in the past years. The work presented here aims at investigating three of these different techniques. The sludge production of conventional biological wastewater treatment was studied. A sensitivity study with an activated sludge model was realised identify the determining parameters of sludge production which are yield conversion, decay rate and inert organic fraction. The performances of the disintegration techniques were studied to evaluate the specific potentialities in term of: reduction in the size of sludge particles which would enhance the organic matter biodegradability, biological cell inactivation, which is likely to increase maintenance requirements and/or cells decay rate and/or cells lysis. The contribution of the physico-chemical and biological processing of organic and mineral matter was then studied during continuous experiments carried out at the pilot scale. In this view, physico-chemical treatments of sludge were associated with wastewater biological treatment. The combination of the results obtained under discontinuous and continuous experiments results allowed for a partial analysis of the physico-chemical treatment action mechanisms. To reach a significant minimisation of sludge production, physical- or chemical- treatment should : increase the maintenance requirements, increase biodegradability of organic matter accumulated during the wastewater treatment, probably, modify the chemical structure

Ce mémoire présente la mise en place d'un système complet de microscopie de fluorescence basé sur le processus non linéaire d'absorption à deux photons. Cette technique récente de microscopie biphotonique est caractérisée par de nombreux avantages pour l'étude d'échantillons biologiques, notamment en terme de limitation des photodommages. Combinée à des méthodes d'analyse de la dynamique d'émission de fluorescence, elle permet l'étude à la fois spatiale et temporelle de l'émission de fluorescence. Dans ce contexte, nous avons développé deux techniques d'analyse résolue en temps de la fluorescence. Une première technique d'analyse dynamique, la microscopie de corrélation de fluorescence, basée sur des mesures en micro-volume et sur une faible concentration moléculaire, a essentiellement été appliquée à l'étude du processus de diffusion translationnelle. En particulier, la microscopie de corrélation de fluorescence a permis, avec la sensibilité de détection d'une molécule unique, la détermination des coefficients de diffusion de sondes souvent utilisées en biologie : le FITC-dextran, la GFP (Green Fluorescent Protein) et la fluorescéine. Les performances de cette technique pour les études en milieux biologiques ont par ailleurs été validées par une application novatrice et originale à l'étude des mécanismes de la diffusion moléculaire au sein de biofilms de bactéries. Une deuxième technique d'analyse dynamique, l'imagerie des durées de vie fluorescence sous excitation à deux photons a été développée. La durée de vie de fluorescence d'une molécule, ou durée de vie de l'état excité singulet, est un paramètre caractéristique de l'état physico-chimique et de l'environnement d'une sonde fluorescente. Elle renseigne donc sur de nombreuses propriétés moléculaires essentielles à la compréhension des mécanismes intracellulaires. De premières applications concluantes de cette technique sont présentées, notamment des études in vitro de la réactivité de molécules d'intérêt pharmacologique ainsi que de premières mesures réalisées in vivo.

Pour comprendre comment les propriétés mécaniques des cellules jouent au niveau d'un tissu et déterminent la morphogénèse, il a été proposé que les cellules se comportent comme les bulles de savon, ou comme des molécules dans un liquide. Nous testons numériquement ces analogies entre tissus et systèmes physiques, en collaboration avec des experimentateurs.

Dans la rétine de la Drosophile, les cellules ont été comparées aux bulles de savon. On trouve que la ressemblance entre les cellules et bulles de savon n'est pas due à leur propriétés physiques, mais à leur structure collective: les cellules dans un tissu pavent l'espace, comme les bulles dans une mousse, donc elles influencent leur formes entre elles.

Le tri spontané des cellules de types différents est souvent comparé à la démixion de liquides. Pour les liquides, ce comportement est produit par des différences d'attraction entre les molécules, alors qu'on trouve que pour les cellules embryonnaires du poisson zèbre la contraction différentielle du cortex des cellules est le facteur le plus important.

La compression d'un agrégat de cellules a été analysé comme si c'était une goutte liquide, où les propriétés sont déterminées uniquement par la tension de surface. Mais, les cellules dans un agrégat peuvent se déformer et se réarranger, et des contraintes plutôt solides co-déterminent la forme et les forces de l'agrégat.

Ces analogies physiques sont donc incomplètes, mais intéressantes. A partir d'elles, nous proposons ici une description propre aux cellules: un agrégat ou tissu est une collection de cellules vivantes qui peuvent changer leur forme et se réarranger. Cette approche nous permet d'étudier l'effet de l'adhésion cellulaire, la tension corticale, et les fluctuations des cellules sur le comportement collectif et la morphogénèse.

L'étude de l'aptitude physique des porteurs du trait drépanocytaire 5(PTD) au cours de différents types d'épreuves (durée et intensité plus ou moins importante ) se traduit par des résultats controversés dans la littérature. Dans une première étude, nous avons identifié la présence de PTD au sein d'une population élite (équipe de France ) en sprint. Des pourcentages significativement supérieurs de titres gagnés et de records établis sont le fait de PTD masculins comparativement aux non porteurs (étude n°1). Ces résultats ont donc suggéré que ces individus sont capables de réaliser des performances similaires à celles des non porteurs, voire de meilleures performances dans des exercices brefs et explosifs au plus haut niveau en relation avec la présence d'HbS. Lavantage que représente une aptitude anaréobie exacerbée chez les PTD pourrait être la conséquence d'une aptitude aérobie moindre, liée à une altération de la capacité de transport de l'oxygène consécutive à la diminution de l'affinité de l'HbS pour l'oxygène. L'étude des réponses ventilatoires et lactiques au cours d'un exercice incrémental n'a pas révélé de différence entre les deux groupes et n'a donc pas permis de confirmer cette hypothèse (étude n°2). De même, au cours de la répétition de trois exercices incrémentaux, les réponses ventilatoires et lactiques n'ont pas montré de différence entre les deux groupes et témoignent d'une aptitude aérobie identique entre les PTD et les sujets contrôlés (etude n°3). Au regard de cette controverse, les données de nos études penchent en faveur d'une aptitude physique" au moins " similaire entre PTD et non porteurs quelle que soit la contribution du métabolisme aérobie
The sudy of the physical ability of sickle cell trait carriers(SCTc) during different kind of exercise (more or less important duration and intensity) reports controversial results. In a first study, we have identified the presence of STCc in a sprint elite population (national French team). The percentages of titles and etablished records of male SCTc are able to performon as well as non-STCc, and eve to have best performances in explosive and brief exercises at the highest level in relation with HbS. The asset of a heightened anaerobic ability in SCTc could be the consequence of a reduced aerobic ability, related to an impaiment of oxygen tranport system consecutive to the decrease of HbS affinity to oxyge. The study of ventilatory and lactic responses during an incremental exercise test did not show any significant difference between groups and did not allow confirming this hypothesis (study n°2). Similary, during three repeated incremental exercise tests, the ventilatory and lactic responses were not significantly different between groups and witnessed to a similar aerobic ability between SCTc and control subjects (study n°3). Regarding the controversy, the data of our studies inclined towards "at least" a similar physical ability between SCTc and non-STCc whatever the contribution of the aerobic metabolism

L’activité physique, en tant que composante la plus modulable de la dépense énergétique totale, pourrait jouer un rôle clef dans le devenir des lipides. Toutefois, hormis les données existantes sur les effets aigus de l’activité physique sur la lipémie, nous disposons de peu de données concernant l’effet de la modulation du niveau d’activité physique habituel sur l’oxydation et la répartition des lipides alimentaires. Le but de ce travail de thèse a été d’étudier, chez l’homme normopondéré et en surpoids, les mécanismes par lesquels une dépense énergétique liée à l’activité physique, basse ou élevée, module l’oxydation des lipides alimentaires en portant une attention toute particulière à l’évaluation des recommandations actuelles sur le niveau d’activité physique. Nous avons soumis deux groupes de sujets sédentaires différant par leur masse corporelle (surpoids vs. Normopondérés) à 2 mois d’entraînement basé sur les recommandations actuelles et un troisième groupe d’hommes actifs normopondérés à un mois de désentraînement, avec un maintien d’un poids stable tout au cours de l’étude. Le devenir métabolique des acides gras exogènes (saturés ou monoinsaturés) était évalué par des molécules marquées par isotopes stables. Après le désentraînement, les oxydations lipidiques à jeun, totale et exogène diminuent. A l´inverse, un entraînement selon les recommandations actuelles, induit une modeste augmentation de l´oxydation lipidique qui n´apparaît significative que pour les acides gras monoinsaturés. Ainsi, l´inactivité physique a des effets plus marqués sur le métabolisme lipidique que l´entraînement. Toutefois, le niveau de l´activité habituelle, indépendamment d´effets quantifiables sur la balance énergétique, prédit le niveau d´oxydation des lipides exogènes. Nos résultats apportent des données clefs dans le débat actuel quant au rôle de l'activité physique dans le traitement de l'obésité et des troubles métaboliques associés à la sédentarité, en démontrant une relation positive entre la quantité d'énergie dépensée lors d'activités et le devenir des lipides alimentaires. Cependant, l´entraînement n´a pas modifié la dépense énergétique liée à l´activité physique chez les sujets en surpoids. Ceci s´explique par une réduction spontanée des activités de la vie de tous les jours. Ces résultats pourraient en partie expliquer les résultats médiocres obtenus au long cours dans le traitement de l´obésité par l´exercice physique. En conséquence, nos résultats suggèrent que de plus amples études sont nécessaires pour déterminer le niveau d´activité physique nécessaire et suffisant pour augmenter l´oxydation lipidique si l´on souhaite que cette activité physique prévienne la prise de poids. Un effort particulier en recherche doit être mis sur la nature de l´activité physique à promouvoir. Il semble sur la base de nos résultats que des exercices de type structurés ne sont pas suffisants. Une approche socio-écologique qui prend en compte l´environnement dans lequel évolue les individus est impérative s´il l´on veut éviter que l´activité de la vie de tout les jours devienne le tampon économisant l´énergie dépensée dans les activités structurées
Physical activity, being the most adjustable component of total energy expenditure, may play a key role in the fate of lipids. However, a part from the effects of acute exercise little is known on the effect of modulating habitual physical activity level on lipid oxidation and trafficking. The objective of our theses was to investigate, in lean and overweight men, the mechanisms by which low or moderate physical activity energy expenditure, modulates exogenous lipid oxidation, with particularly evaluating physical activity current recommendations. We submitted two groups of sedentary men (lean vs. Overweight) to two months of training based on current recommendations, and a third group to one month of detraining, with body maintenance throughout the interventions. The fate of exogenous fatty acids (saturated: palmitate; monounsaturated: oleate) was evaluated using stable isotopes. After detraining, fasting, total and exogenous lipid oxidation decreased. Conversely, training based on current recommendations induced a modest increase of lipid oxidation which was only significant for monounsaturated fatty acids. Thus, physical inactivity has more marked effects than training. Nevertheless, habitual physical level, independently of measurable effects on energy balance, predicts the level of exogenous lipid oxidation. Our results bring key answers in the actual debate of the role of physical activity in the treatment of obesity and metabolic alterations associated with sedentarism, by demonstrating a positive relationship between the energy expended during activities and the becoming of lipids. However, training did not increase activity energy expenditure in overweight men. This is explained by the spontaneous reduction of everyday activities. These results can partly explain the deceiving results obtained all along in the treatment of obesity by physical activity. Consequently, our results suggest that further studies are warranted to determine physical activity level required and sufficient to increase lipid oxidation if we wish that this physical activity prevents weight gain. A particular effort should be put on the type of physical activity to be encouraged. It seems, based on our results, that structured physical activity is not sufficient. A socio-ecological approach that takes in account the environment, in which individuals evolve, is imperative if we want to avoid that everyday activities buffer the energy expended in structured activities

La période de la vie se situant aux alentours de 13 et 14 ans, chez les garçons, se caractérise par sa grande variabilité sur le plan de la croissance et du développement biologique. Les manifestations ont plusieurs visages. Cependant, seuls les changements anthropométriques sont accessibles à l’éducateur physique sur le terrain. Celui-ci doit avoir une idée précise de l’état de la croissance et du développement des adolescents qu’il encadre s’il veut optimiser son mode d’intervention. La présente évaluation étudie les relations entre l’âge biologique, la morphologie et la participation à l’activité physique chez 55 garçons âgés de 13 et 14 ans Elle propose de plus, un modèle prédictif conçu à partir de mesures anthropométriques simples visant à estimer l’âge biologique selon la méthode de Greulich & Pyle. Les résultats obtenus montrent que l’étendue de l’âge osseux (Ao) est de 62 mois (10,33 à 15,5 ans) et que la relation entre l’âge chronologique (Ac) et Ao est non significative seulement pour les avancés biologiques ([êta exposant 2] = 0,213). Les liens retrouvés entre le somatotype, l’échelle-O et la participation à l’activité physique (Nap) vont, dans quelques cas, à l’encontre des résultats présentés dans la littérature sauf pour la mésomorphie (Méso) des sujets physiquement actifs (r = 0,718). Les adolescents de cette étude ont un poids proportionnel (Pp) élevé (f = 61,40 ± 8,38), se situant au sixième stanine et un niveau d’adiposité proportionnel (Ap) également élevé (M 90,87 ± 45,48), se situant au septième stanine. Les sujets sont, dans l’ensemble, modérément actifs si l’on se réfère aux critères de Stephens & Craig (1990) (M = 58,96 ± 41,30 KJ. Kg [exposant -1]. Semaine [exposant -I]). Cette étude démontre également que l’approche anthropométrique explique une proportion significative de la variance de Ao (r = 0,794), statistiquement supérieure à ce que procure l’indice de McCloy (r = 0,721). Dans le but d’obtenir une idée précise du rapport entre la dépense et l’apport énergétique des sujets, il est recommandé que d’autres travaux étudient les relations entre la morphologie et l’activité physique en incluant des analyses nutritionnelles. Il est également proposé d’améliorer la méthode anthropométrique d’estimation de Ao en examinant la possibilité d’ajouter d’autres variables discriminantes, en vérifiant son applicabilité auprès des sujets féminins de même que chez des sujets plus âgés.

Il est bien connu que la résonance de plasmon de surface (SPR) d'une onde électromagnétique de surface peut être utilisée en tant que sonde optique sensible à de faibles variations intervenant à l'interface métal/diélectrique. La configuration de Kreschmann basée sur un prisme est traditionnellement employée pour exciter et détecter le phénomène SPR. En 1993, le premier capteur SPR à fibre optique a été réalisé par R. C. Jorgenson et S. S. Yee et a été ensuite commercialisé par la société Biacore (Suède). Le capteur SPR à fibre optique présente un certain nombre d'avantages sur le système Kreschmann tels que sa faible taille, son faible coût et la possibilité de détection déportée. Un capteur SPR à fibre optique multimodale plus simple, utilisant l'injection oblique d'une lumière monochromatique collimatée, a été développé au laboratoire TSI de l'université Jean-Monnet de Saint-Etienne, en 1996. Utilisant l'argent pour induire le phénomène SPR d'une lumière à la longueur d'onde 670 nm, le capteur à fibre optique est un réfractomètre fonctionnant dans la gamme d'indice optique 1,35-1,40. Ce mémoire de thèse est constitué de cinq articles visant à développer ce type de capteur à fibre optique pour les applications physique, chimique et biologique. Le premier article traite de la modification de la gamme d'indice mesurable, afin d'être capable de fonctionner dans des systèmes chimiques et biologiques, dont les indices de réfraction sont compris entre 1,33 et 1,36. Les relations entre les paramètres de structure et de matériau, de la configuration multicouche pour l'excitation du SPR, ont été déduites de la théorie. La technique sol-gel est utilisée pour fabriquer un revêtement d'acétate de zirconium de quelques dizaines de nanomètres. La fiabilité est augmentée par une protection constituée d'une monocouche auto-assemblée de thiol longue chaîne qui empêche l'oxydation de l'argent. Ce premier article a été soumis à la revue Thin Solid Films. Les variations spatiales du vecteur champ électrique au cours de la propagation des rayons non méridiens dans la fibre multimodale sont étudiées dans le second article accepté pour publication dans la revue Sensors and Actuators A. Un modèle 3D précis a été établi permettant d'expliquer le phénomène expérimental observé sur l'influence de la direction de polarisation de la lumière incidente par rapport à la face d'entrée de la fibre. Les signaux du capteur provenant de l'adsorption d'une très fine couche diélectrique sur la surface du métal ou d'une très faible variation de l'indice de réfraction dans le milieu de mesure peuvent alors être interprétés quantitativement. L'article suivant, accepté pour publication à la revue Applied Optics, propose une méthode directe pour déterminer l'épaisseur et les constantes optiques d'un film mince de métal déposé sur le cœur de la fibre, par simple mesure de la réponse du capteur à fibre optique. L'intérêt de ce travail vient des difficultés rencontrées dans la caractérisation des films métalliques avec des surfaces courbes en utilisant des techniques optiques conventionnelles telles que la réflectométrie et l'ellipsométrie. Un nouveau moyen optique capable de suivre in-situ la formation d'une monocouche auto-assemblée d'alkylthiol est présenté dans le quatrième article, soumis au Journal of Chemical Physics. L'application de la technique SPR à fibre optique pour étudier les monocouches auto-assemblées, l'observation directe et la description du phénomène d'inclinaison des chaînes lors de l'auto-assemblage de la monocouche d'alkylthiol, à notre connaissance, n'a jamais été rapporté auparavant dans la littérature. La bonne sensibilité observée montre que notre approche du système à fibre optique est plus adaptée que l'ellipsométrie et que le système SPR à prisme pour suivre les variations sur la totalité d'un film diélectrique. Le dernier article, soumis au Japanese Journal of Applied Physics, est consacré au développement d'un biocapteur basé sur le système à fibre optique pour suivre des interactions entre biomolécules. Avec une très simple configuration, cet immunocapteur a montré de bonnes performances en sensibilité et en spécificité, comparé à l'appareil commercialisé par Biacore qui est beaucoup plus complexe et cher. Ce travail constitue un excellent départ vers le développement d'une immunosonde pour des immunoessais sans marqueur. Ces cinq articles sont indépendants mais complémentaires l'un de l'autre. Les conditions pour lesquelles le SPR peut être excité sur une géométrie multicouche, obtenues dans le premier article, fournissent une base théorique pour le choix de la longueur d'onde de la lumière ou pour la gamme d'indice du milieu environnant lorsque l'or est utilisé et se retrouve dans les autres articles. Les études du modèle 3D précis, présenté dans le second article, pour simuler les performances des capteurs à fibre optique, permettent ensuite de caractériser le film métallique (dans le troisième article), la couche chimique adsorbée (dans le quatrième article) et les couches biomoléculaires (dans le cinquième article). De plus, la mesure des propriétés du film métallique dans le troisième article, permet de détecter avec succès, la monocouche auto-assemblée d'alkylthiol adsorbée sur la surface du métal (en référence au quatrième article). Les déterminations des caractéristiques du film d'or et de la couche de thiol sont nécessaires pour caractériser le film d'anticorps et la couche d'anticorps-antigène après la réaction d'affinité. Un biocapteur basé sur un système SPR à fibre optique a donc été réalisé et est présenté dans le cinquième article. Ce biocapteur a été conçu, élaboré et caractérisé couche par couche
It is well known that surface plasmon resonance (SPR) of the surface electromagnetic wave can be used as a sensitive optical probe to the slight variations occurring in the proximity of the metal/dielectric interface. The prism-based Kretschmann configuration is traditionally employed to excite and detect the SPR. In 1993, the first fiber-optic based SPR sensor was realized by R. C. Jorgenson and S. S. Yee and then commercialized by Biacore Company (Sweden). The SPR fiber-optic sensor offers a number of advantages such as small size, low cost and feasibility in remote sensing over the bulk Kretschmann System. A simpler SPR multimode fiber-optic sensor using oblique injection of the collimated monochromatic light has been developed at the TSI laboratory, Jean Monnet University in Saint-Etienne, France since 1996. Using silver to support SPR at the light wavelength of 670nm, this fiber-optic sensor was characterized as a refractometer operating in the index range of 1. 35-1. 40. This dissertation consists of five articles aimed to develop this kind of fiber-optic sensor for physical, chemical and biological applications. The first article is devoted to drop down the range of measurable indices in order to be capable of performing in most practical chemical and biochemical Systems whose refractive indices are 1. 33-1. 36. The relations between the structural and material parameters of the multilayered configuration for the excitation of SPR at certain wavelength have been theoretically derived. Sol-gel technique is applied to fabricate the Zirconium acetate overlay as thin as some ten nanometers. The reliability is improved by preventing the oxidation of silver using a self-assembled monolayer (SAM) of long chain acid thiol. This article has been submitted to Thin Solid Films. Accepted by Sensors & Actuators A, the spatial variations of the electric field vector during the propagation of the skew rays in the multimode fiber are investigated in the second article. An accurate 3D model has been established so that the experimental phenomena, which first demonstrate the influences of the polarization direction of the incident light with respect to the input end face of the fiber, can be consistently explained. The sensing signals coming from such as the adsorption of a very thin dielectric layer on metal surface or the slight variation of the refractive index in the monitored bulk medium are ready to be quantitatively interpreted. Next article, accepted for publication by Applied Optics, proposes a direct method to determine the thickness and the optical constants of the thin metal films deposited on the surface of the fiber core by simple measurements of fiber-optic SPR responses. The significance of this work cornes from the difficulties in characterizing the metal films with curved surfaces by using the conventional optical techniques such as reflectometry and ellipsometry. A novel optical means capable of monitoring the formation process of the alkylthiol SAM is presented in the fourth article, submitted to Journal of Chemical Physics. The application of the fiber-optic SPR technique to study SAMs and the direct observation and description of the tilting process during the self-assembly of alkylthiol, to our knowledge, have never been reported before in the literature. The rather high sensitivity proves that our fiber-optic approach is more adapted than ellipsometry and the prism-based SPR System to monitor the variations over entire investigated dielectric film. Last article, submitted to Japanese Journal of Applied Physics, is dedicated to develop a biosensor based on this fiber-optic arrangement to monitor the biomolecular interaction. With very simple configuration, this immunosensor has manifested good performances in both sensitivity and specificity compared to the commercialized BIACORE Probe that is much more complex and expensive. This work makes a starting progress towards the development of a portable immunoprobe for non-labeling immunoassay. These five articles are independent as well as supplementary each other. The conditions on which the SPR can be excited in a multilayered geometry, obtained in the first article, provide a theoretical basis for the choice of light wavelength or the index range of environment medium while metal gold is used as it can be seen in other articles. The studies of the accurate 3D model in the second article for simulating the performances of the fiber-optic sensors enable to characterize afterwards the metal film (in the third article), the chemical adsorbed layer (in the fourth article) and the functional biomolecular layers (in the 5th article). Moreover, the successful measurement of the metallic film properties in the third article ensures the success in the detection of the alkylthiol SAM, which is adsorbed on the metal surface (referred to the fourth article). Furthermore, the determinations of the gold film and the thiol layer are necessary for characterizing the antibody film and the antibody-antigen-binding layer after the affinity reaction. As a result, a new SPR multimode fiber-optic biosensor has been realized and reported in the 5th article. This biosensor has been well designed, elaborated and characterized at the level of its each layer

Cette thèse se place dans le contexte d’une démarche théorique en biologie, s’inspirant, sans toutefois s’y réduire, des méthodes d’objectivation utilisées en physique. Pour cela, nous rapportons les possibles symétries et invariants biologiques sous forme de “lois d’échelles” empiriques (allométrie et fractales en particulier), ainsi que la variabilité associée. Nous abordons ensuite plusieurs aspects du temps biologique. Nous considérons une dimension temporelle supplémentaire, correspondant à l’autonomie de certains rythmes biologiques. Nous développons aussi une approche de la protension, comme principe d’organisation locale de la temporalité biologique. La notion de symétrie ayant un statut fondationel pour les théories physiques, nous interrogeons ensuite leur rôles en biologie. Partant de la notion de criticité étendue, nous proposons que la dynamique du vivant soit régie par une omniprésence des changements de symétries, constituant dès lors une historicité irréductible et conférant un statut théorique particulier à l’object et à la mesure en biologie. Nous appréhendons aussi la notion d’anti-entropie comme mesure d’un potentiel de variabilité. Nous nous intéressons ensuite à la question des niveaux d’organisation, par deux voies complémentaires. Nous l’abordons dans un premier temps par la notion de clôture organisationnelle. Ensuite nous la considérons comme associée à des singularités fortes, telles que dans les situations critiques. Enfin, nous esquissons un schème opératoriel de l’unité de l’organisme, qui combine un grand nombre des aspects préalablement exposés
This work takes place in the context of a theoretical approach in biology which uses the examples of objectivation in physical theories without reducing biological phenomenalities to them. We begin by investigating the empirical biological scaling relationships found in the literature (allometric relationships, fractals, …), including their variability. We will then consider two different aspects of biological time. First, we will develop the notions of protension and retention as an account of local organization of biological time. Then we consider a supplementary temporal dimension to accommodate proper biological rhythms. Since the notion of symmetry plays a foundational role in physics, we investigate its possible role in biology. In relation with the notion of extended critical transitions, we propose the hypothesis that organisms and evolution can be understood as characterized by ubiquitous symmetry changes. This transform the status of biological objects, provides an approach of their historicity and leads to propositions on the theoretical nature of biological measurement. We also discuss anti-entropy as a measurement of a potential of variability. We focus then on the notion of level of organization. We start from the notion of organizational closure, which is considered as a core biological invariant by many theoretical biologists. Then, we will approach levels of organization by the paradigm of criticality, which will allow to define them in a strong theoretical way. Finally, we sketch an operatorial scheme of the coherence of organisms, which combines most of the above mentioned approaches

Les mlo demeurent a ce jour non cultivables, et sont difficiles à extraire dans un bon état de pureté et de conservation a partir de leurs hôtes (plante et insecte vecteur). Le mlo de la flavescence dorée de la vigne (fd-mlo) est expérimentalement maintenu au laboratoire dans la fève vicia faba et la cicadelle euscelidius variegatus. La première partie de la thèse a consisté à mettre au point une méthode de purification des mlo par immunoaffinite à l'aide des anticorps monoclonaux. Nous avons utilisé comme ligand un anticorps monoclonal spécifique (51b5) possédant une grande affinité. L'anticorps a été lie par une liaison covalente sur une matrice synthétique d'hydrazide avid gel (bioprobe), les sites actifs des igg sont orientes vers l'extérieur, les anticorps étant lies par leurs extrémités fc. La meilleure élution des mlo a ete obtenue avec un tampon 0,1 m glycine, ph 11,5. L'observation sur la grille au microscope électronique des mlo purifiés à ete possible par dépôt direct des gouttes de l'eluat sur un film de formwar. Les mlo immunopurifiés sont en bon état d'intégrité physique. Un test d'infectivité a ensuite été réalisé pour tester la pathogénicité des mlo purifié. Ainsi, ces mlo ont été injectes dans l'abdomen des cicadelles saines (acquisition artificielle). Les cicadelles ont été déposées sur des plantes saines (v. Faba). Apres 23 jours d'incubation, ces plantes ont montré des symptômes de la flavescence dorée. Les cicadelles injectées et les plantes inoculées ont donné des réponses positives en elisa avec des anticorps anti fd-mlo. Les protéines des mlo purifies ont été analysées par sds-page. Les profils d'immunorevelation avec un anticorps polyclonal anti fd montrent deux bandes majeures dont les masses moléculaires sont voisines de 55 kda et de 19 kda respectivement. Différents anticorps monoclonaux anti fd ne révèlent que l'une ou l'autre de ces deux bandes majeures. La caractérisation biochimique des antigènes majeurs a été abordée. L’Adn extrait à partir des mlo purifie apparait exempt d’Adn contaminant issu de l'hôte. Cet Adn a ensuite été cloné dans un vecteur plasmidique. Nous avons sélectionné parmi les plasmides recombinants deux inserts d’Adn qui ont été utilises avec succès comme sonde pour détecter les mlo dans les insectes et les plantes malades.

L'os est un matériau vivant avec une structure hiérarchique complexe qui lui confère des propriétés mécaniques remarquables. L'os subit perpétuellement des contraintes mécaniques et physiologiques, ainsi sa qualité et sa résistance à la fracture évoluent constamment au cours du temps à travers le processus de remodelage osseux. La qualité osseuse est non seulement définie par la densité minérale osseuse mais également par les propriétés mécaniques ainsi que la microarchitecture. Dans le cadre de la présente thèse, on a développé une modélisation multiéchelle unifiée couplant à la fois les activités cellulaires au comportement mécanique de l'os tenant compte des différents niveaux hiérarchiques de l'os: de l'ultrastructure au remodelage osseux. Ce modèle permet d'étudier le comportement mécano-bibliologique de l'os et de prédire ses propriétés mécaniques apparentes à différentes échelles allant du nanoscopique au macroscopique en fonction des constituants élémentaires de l'os. Pour atteindre cet objectif, une démarche en quatre phases a été adoptée. La première phase consiste à décrire les constituants élémentaires de l'os. La deuxième phase avait pour objectif la modélisation multiéchelle de l'ultrastructure osseuse constituée de trois échelles nanoscopiques (microfibrille, fibrille et fibre) par la méthode des éléments finis et des réseaux de neurones. La troisième phase correspond à la modélisation des échelles micro-macroscopiques de l'os cortical (lamelle, ostéon, os cortical) en utilisant comme paramètres d'entrée les propriétés de la fibre déterminées dans la deuxième phase. Enfin, dans la dernière phase, on a développé un modèle mécano-biologique du remodelage osseux permettant de simuler le processus d'adaptation osseuse tenant compte explicitement des activités biologiques des cellules osseuses. Les propriétés mécaniques prédites par nos algorithmes multiéchelles ont servi pour alimenter le modèle de remodelage. Ce modèle a été implémenté au code de calcul d'éléments finis ABAQUS/Standard à travers sa routine utilisateur UMAT. Finalement, le modèle EF mécano-biologique multiéchelle du remodelage osseux a été appliqué pour simuler différents scénarii de remodelage sur des fémurs humains (2D et 3D). Différents facteurs ont été ainsi analysés tels que l'âge, le genre, l'amplitude des activités physiques, etc. Les résultats obtenus sont conformes (qualitativement) avec les observations cliniques et cohérents avec les différentes études expérimentales. En conclusion: (i) Les modèles unifiés ainsi développés (modèle multiéchelle, modèle mécano-biologique de remodelage osseux) contribuent à l'analyse fine du comportement de l'os humain. (ii) L'application des algorithmes a permis d'effectuer des essais virtuels pour analyser les effets combinés de nombreux facteurs caractérisant la qualité osseuse.

La genèse de cristaux est un phénomène très largement répandu dans la nature. Chez les vertébrés, le dépôt de sels de calcium se produit normalement dans l'os et la dent ; cependant, des cristaux hétérotopiques ont également été observes. La connaissance des processus de calcifications, normales ou pathologiques, impose de nouvelles études et la caractérisation précise des phases minérales calcifiées. Pour ceci, de nombreuses méthodes physico-chimiques sont disponibles, chacune ayant ses indications propres. Notre travail était destiné à évaluer l'intérêt de différentes techniques d'analyse pour l'étude des phases minérales calcifiées ; de plus, nous avons établi un protocole pour leur identification en routine. Par une technique originale de déprotéination que nous avons développée, les cristaux ont été isolés et caractérisés par des outils classiques en laboratoire: la microscopie électronique à transmission et la microanalyse X. Les résultats ont été confirmés et précisés par des méthodes plus spécifiques, comme la spectrométrie de diffusion Raman, ou la diffraction électronique. Nous avons applique ces diverses techniques à l'étude de dépôts cristallins accompagnant le processus de calcification pathologique chez l'homme, notamment de l'épaule ; nous avons également étudié le mécanisme de calcification induite par la présence de biomatériaux en phosphate de calcium

Nous avons construit une expérience de pinces optiques basée sur l'utilisation d'un microscope optique inversé. Deux classes de micro objets ont été étudiées : 1 - Des particules colloïdales sphériques ou approximativement sphériques, soit homogènes tels des colloïdes de silice pure élabores par méthode sol-gel ou des billes commerciales de latex, soit inhomogènes tels des particules composites constituées d'un coeur métallique d'or entouré d'une coquille de silice. 2 - Des micro-monocristaux d'une molécule organique fluorescente présentant une forme non sphérique, parallélépipédique. Notre étude a démontré un piégeage efficace même sur les plus petites particules contenant un noyau d'or. Pour les nanoparticules hybrides d'or-silice, la constante élastique du piège optique expérimentalement mesurée est plus forte que pour les nanoparticules de silice avec un diamètre semblable. Ce résultat est en accord avec un modèle simple fondé sur l'accroissement de la polarisabilité de la particule dû à la présence du noyau d'or. L'influence de la polarisation de la lumière a été étudiée et nous avons discuté le choix du détecteur de position. Les microcristaux organiques s'orientent de sorte que leur axe long soit dans la direction axiale du faisceau de piégeage, l'axe court suit la direction de la polarisation linéaire du faisceau. En polarisation circulaire ou elliptique, les cristaux se mettent spontanément en rotation avec des vitesses de rotation tout à fait élevées, jusqu'à 500 tours par seconde. C'est la première fois qu'un tel résultat est reporté pour des particules de la taille de nos cristaux. Un autre résultat surprenant est que lorsque la puissance incidente augmente, la vitesse de rotation augmente aussi comme attendu mais après passage par un maximum, alors que la puissance continue de croître, la vitesse de rotation diminue jusqu'à arrêt complet de la rotation, et cette évolution n'est pas réversible ! La thèse présentée est une thèse réalisée dans un cadre de cotutelle entre l'Université Paris 11 et l'Institut Supérieur des Sciences et Techniques Avancées - Université de La Havane à Cuba
We built an experiment of optical tweezers based on the use of an inverted optical microscope. Two classes of micro objects were studied : 1 - spherical or roughly spherical colloidal particles, either homogeneous such as colloids of pure silica elaborated through a sol-gel method or commercial latex balls, or inhomogeneous such as composite particles made up of a metal gold core embedded in a silica shell. 2 - micro-single crystals of a fluorescent organic molecule presenting a nonspherical, parallelepipedic form. Our study showed an effective trapping even on the smallest particles containing a gold core. For the hybrid gold-silica nanoparticles, the elastic constant of the optical trap measured in experiments is stronger than for the silica nanoparticles with a similar diameter. This result is in agreement with a simple model based on the increase in polarizability of the particle due to the presence of the gold core. The influence of the polarization of the light was studied and we discussed the choice of the detector of position. The organic microcrystals are directed so that their long axis is in the axial direction of the trapping beam; the short axis follows the direction of the linear polarization of the beam. In circular or elliptic polarization, the crystals are put spontaneously in rotation with high speed up to 500 turns per second. It is the ¯rst time that such a result is deferred for particles of the size of our crystals. Another surprising result is that when the incident power increases, the rotation speed also increases as expected but after the passage by a maximum, whereas the power continues growing, the rotation speed decreases until complete stop of rotation, and this evolution is not reversible ! The thesis presented is a thesis carried out within a framework of cotutelle between the University Paris 11 and the Higher Institute of Science and Advanced Technologies - Havana University in Cuba

Au cours du XXe siècle la littérature de science-fiction a anticipé le développement de robots si petits qu'ils puissent entrer dans un corps humain pour y manipuler ses cellules, voire son ADN. Depuis le début du XXIe siècle cette vision prend corps dans le développement de la micro-robotique. Bien que loin d'égaler les prouesses de son alter-ego littéraire, la micro-robotique se développe dans de nombreuses directions et voit son panel d'applications s'étoffer. En parallèle, le développement de la microfluidique permet de disposer d'environnements très contrôlés pour la réalisation de travaux en biologie ou en chimie. Mais cette nature confinée apporte des contraintes quant aux options de manipulation du contenu des puces microfluidiques. Aussi, sans en être à pouvoir travailler in-vivo la micro-robotique peut offrir des options de manipulation mécanique in-vitro en microfluidique. Cette thèse vise le développement d'un micro-robot ayant pour fonction d'offrir des fonctionnalités de manipulations par vortex hydrodynamiques de matériel biologique au sein de puces microfluidiques. Voulant proposer un système complet nous nous sommes intéressés aux quatre parties composant notre micro-robot : le nageur microscopique ayant pour vocation à être intégré dans la puce microfluidique et à générer les vortex de capture ; les puces microfluidiques servant d'environnement de travail pour ce nageur ; l'installation électromagnétique permettant de manipuler le nageur par le biais de champs magnétiques ; et le logiciel informatique pilotant le robot. Les micro-nageurs proposés sont capables de se déplacer en deux comme en trois dimensions tout en étant capables de capturer, et donc de manipuler, des particules d'une dizaine de micromètre de diamètre sur des distances de plusieurs millimètres. Nous n'avons malheureusement pas eu la possibilité d'aller jusqu'à la preuve de concept avec du matériel biologique, mais nos démonstrations sur des particules de polystyrène sont très encourageantes. Les puces microfluidiques ont vu deux développements successifs. Un premier consistant à les rendre plus adaptées à des travaux biologiques à long terme par l'ajout de valves pneumatiques et d'option d'oxygénation sur des puces à intégration temporaire du nageur. Un second visant à rendre les puces plus rapides et faciles à fabriquer avec une intégration définitive du nageur, pouvant servir dans le cas d'études à fort besoin matériel, comme les études statistiques. L'installation électromagnétique a été étudiée pour pouvoir être intégrée dans des configurations géométriques complexes avec comme exemple une intégration réussie dans un microscope inversé, outil très utilisé dans les laboratoires de biologie. Enfin nous avons développé un logiciel de contrôle visant à offrir à notre robot une interface utilisateur facile à employer et des fonctionnalités automatisées d'analyse vidéo et de contrôle du nageur sur une simple acquisition d'image en 2D. Nous espérons que ces travaux pourront servir d'étape significative vers une application de la micro-robotique en biologie ou en médecine
During the XXst century science fiction literature anticipated the development of robots so small that they could enter a human body to manipulate its cells, or even its DNA. Since the beginning of the XXIst century, this vision has taken shape in the development of micro-robotics. Although far from equaling the prowess of his literary alter-ego, micro-robotics develops in many directions and sees its panel of applications expand. In parallel, the development of microfluidics makes it possible to have a highly controlled environment for carrying out work in biology or chemistry. But this confined feature brings constraints on the manipulation options of microfluidic chip content. Also, without being able to work in-vivo, micro-robotics can offer in-vitro mechanical manipulation options in microfluidics. This thesis aims to develop a micro-robot whose function is to offer functional hydrodynamic vortex manipulations of biological material within microfluidic chips. Wanting to propose a complete system we are interested in the four parts composing our micro-robot. The microscopic swimmer intended to be integrated into the microfluidic chip and to generate the capture vortices. The microfluidic chips used as working environment for this swimmer. The electromagnetic facility used to manipulate the swimmer through magnetic field. And finally the computer software used to drive the robot. The micro-swimmers proposed are able to move in two as in three dimensions while being able to capture, and therefore manipulate, particles of about ten micrometers in diameter over distances of several millimeters. Unfortunately we did not have the opportunity to go to the proof of concept with biological material, but our demonstrations on polystyrene particles are very encouraging. Microfluidic chips have seen two successive developments. One is to make them more suitable for long-term biological work by adding pneumatic valves and oxygenation option on chip with temporary integration of swimmer. A second aimed at making chips faster and easier to manufacture with a definitive integration of the swimmer, which can be used in the case of studies with a strong material need, such as statistical studies. The electromagnetic facility has been studied to be integrated into complex geometrical configurations with, for example, a successful integration in an inverted microscope, a tool widely used in biological laboratories. Finally, we developed control software to provide our robot with an easy-to-use user interface and automated video analysis and swimmer control features with a simple 2D image acquisition. Therefor we believe that the developed system show in this thesis could be an essential step towards biological or biomedical application of micro-robotic

A l'origine de la toxicite de l'oxygene, le stress oxydant provoque des alterations structurales et metaboliques induisant une myopathie, comparable a celle observee au niveau des muscles peripheriques chez les patients bpco. Les objectifs de cette these ont ete de determiner si le stress oxydant jouait un role dans la dysfonction musculaire peripherique des patients atteints de bpco puis d'en preciser l'etiologie ou relations avec la maladie respiratoire. Pour repondre a ces objectifs, dans toutes les etudes, les patients ont realise un exercice localise au quadriceps de la jambe dominante, base sur la repetition d'extensions maximales du genou jusqu'a epuisement. Cet exercice nous a permis d'evaluer l'endurance du quadriceps. Parallelement, nous avons analyse dans la circulation sanguine ou in situ dans le vaste lateral le statut oxydant-antioxydant et inflammatoire avant et apres la realisation de cet exercice local. Nos premiers resultats ont montre que la realisation de l'exercice local provoquait un stress oxydatif systemique d'origine musculaire, associe a des anomalies du statut oxydant/antioxydant. Nous avons ensuite observe qu'une supplementation en n-acetylcysteine pouvait prevenir l'apparition du stress oxydant induit par l'exercice et ameliorer l'endurance du quadriceps des patients. Le stress oxydant musculaire serait donc implique de maniere physiopathologique dans l'alteration de l'endurance et dans la dysfonction musculaire peripherique des patients bpco. Dans une troisieme etude, nous avons montre au repos que des anomalies inflammatoires coexistent parallelement avec les anomalies de la balance oxydant/antioxydant. La presence et le role de l'inflammation, notamment dans le stress oxydant induit par l'exercice restent cependant a etre demontres. Enfin, le role de l'hypoxemie a ete clairement etabli resumant toute la complexite des relations entre maladie respiratoire, stress oxydant, inflammation et maladie musculaire dans la bpco. Ce travail de these a donc permis a la fois de demontrer la realite biologique et physiopathologique du stress oxydant dans la myopathie du patient bpco et d'en comprendre certains mecanismes etiologiques, permettant d'envisager les supllementations en antioxydants comme une nouvelle action therapeutique prometteuse de la dysfonction musculaire peripherique du patient bpco.

L'impact de l'introduction d'un procédé de réduction de la production de boue sur i) la flore microbienne, ii) sur les activités enzymatiques et respiratoires et iii) sur la sensibilité au Cd a été étudié. L'évolution des populations a été mesurée par PCR-DGGE. Dans un premier temps trois types de procédés de désintégration (ozone, ultrasons, basses températures) ont été mis en œuvre en amont de la digestion aérobie. L'étude des profils de DGGE obtenus a prouvé que : 1) le procédé de digestion aérobie conduisait à lui seul à une modification de la diversité de la population 2) l'application, même sur une courte durée, d'un prétraitement de désintégration a conduit à une modification des profils bactériens à la fin de la digestion. Plus particulièrement, les boues non traitées et traitées thermiquement (90°C, 2h) ont été stabilisées dans des conditions aérobies mésophiles et ont été exposées à des concentrations croissantes en Cd allant de 0 à 100 mg. L-1. Une inhibition de la production de CO2 a été mesurée pour les boues traitées et non traitées à partir de 5 mg. L-1 de cadmium. D'autre part, le prétraitement thermique i) permet d'améliorer les rendements de conversion et de maintenir à un niveau plus élevé les activités enzymatiques pendant la digestion ii) a conduit à des modifications importantes à la fois de la nature de la microflore et de la sensibilité des bactéries au Cd iii) pour certaines espèces, permet de diminuer le niveau de sensibilité au Cd et pour d'autres, de l'augmenter
The effect of the introduction of desintegration treatment on i) the microbial flora, ii) respiratory and enzyme activities and iii) the sensitivity to Cd was investigated. The evolution of populations was analyzed by PCR-DGGE. Initially three hydrolysis processes (ozone, ultrasound, low temperatures) have been implemented upstream of aerobic digestion. The analysis of the DGGE profiles obtained showed that: 1) the aerobic digestion itself led to a change in the population diversity 2) the application of desintegration pre-treatment, even on a short-term led to a change in the bacterial profiles at the end of digestion. In particular, untreated sludge and heat-treated (90°C, 2h) were stabilized under aerobic mesophilic conditions and were exposed to increasing concentrations of Cd ranging from 0 to 100 mg/L. Inhibition of CO2 production was measured for treated and untreated sludge from 5 mg. L-1 of cadmium, the thermal pre-treatment i) improves the conversion efficiencies and maintain a higher enzyme activities during digestion ii) results in significant changes to both the nature of the micro flora and the sensitivity of bacteria to Cd iii) for some species, reduces the sensitivity to Cd and others to increase it

Apres un apercu bibliographique faisant le point sur la floculation levurienne certaines caracteristiques de l'activite invertasique et de la floculation des souches utilisees dans ce travail ont ete definies experimentalement. Un protocole de defloculation avec l'acide ethylene diamine tetraacetique a ete mis au point. L'influence des conditions de culture sur l'activite enzymatique et la floculation a ete determinee. Les conditions optimales pour l'expression de chacun des deux phenomenes sont souvent differentes. L'etude d'un couple constitue par une souche floculante et son mutant respiratoire mitochondrial non floculant a ensuite ete realisee: la comparaison des activites invertasique et fermentaire des deux biotypes a souligne l'importance du controle des differentes proprietes des souches mutantes. La determination de parametres caracterisant le systeme heterogene constitue par un floc a permis de preciser le mode et les coefficients de diffusion de differents substrats dans les levures floculantes. Une etude cinetique (theorique puis experimentale) de l'activite invertasique dans les flocs de levure a ensuite ete engagee et a montre que cette activite est localisee a la surface du floc. Ce travail a ete complete par l'observation du comportement enzymatique et de la floculation de saccharomyces cerevisiae 38a au cours de cultures discontinues, puis continues en reacteurs pilotes. Certaines differences ont ainsi pu etre relevees entre des conditions statiques (methode analytique de dosage de l'activite invertasique) et un equilibre dynamique (cultures en reacteurs)

Les nouvelles modalités de traitement en radiothérapie comme les irradiations en conditions stéréotaxiques et à modulation d'intensité (IRMT/VMAT) nécessitent des irradiations très précises avec une augmentation de la dose au niveau des volumes cibles mais également de diminuer et de contrôler la dose aux niveaux des organes à risques. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils 3D précis et rapides. Les détecteurs conventionnels (chambre d'ionisation, détecteurs thermoluminescents, films, ...) ne permettent que des mesures en 1D ou 2D. Il est nécessaire de développer une technique de dosimétrie 3D précise et rapide avec une résolution élevée en dose et spatiale. La dosimétrie chimique 3D répond à ces critères. Elle permet le contrôle qualité global du plan de traitement dans les conditions d'irradiation du patient quels que soit le rayonnement et le débit de dose utilisés. La création de gel chimique correspondant aux différents organes est donc un défi important pour le contrôle de la dose dans les organes à risques. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle : la formulation de nouveau gel équivalent sein (tissus adipeux), poumon et os en termes d'interaction avec les photons, les protons et les neutrons ainsi que le contrôle de leurs propriétés physico-chimique et la validation de leurs utilisations pour les photons de faibles énergies. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail de l'ICRU (Journal of the International Commission on Radiation Units and Measurements). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre nos gels et les tissus pris comme référence et recommandés par le NIST. Une étude des propriétés physico-chimiques détaillée de ces gels équivalents tissulaires a été réalisée : diffusion, propriétés mécaniques, viscosité, des mesures d'oxygène dissous, des mesures de temps de gel et de temps de refroidissement ainsi que des mesures des doses absorbées en conditions de traitements de radiothérapie. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de notre gel équivalent sein concernant le dépôt de dose de photons de basse énergie (50 keV) par Intrabeam utilisé en radiothérapie peropératoire (IORT). L'objectif final était de réaliser un premier fantôme anthropomorphe qui pourra être un outil fiable et utilisé en clinique pour aider les planifications de traitements de radiothérapie. Ce prototype de torse permet pour l'instant de connaître la dose au voisinage des poumons et de l'os
The new radiotherapy treatments, such as stereotactic radiosurgery, Intensity Modulated Radiation Therapy (IRTM) or Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT), require to precisely irradiate the living tissues and to know the effective delivered dose. A computer-based method par TPS (Treatment Planning System), is normally used to define the radiation therapy treatment plan, but it requires specific 3D information. The conventional detectors, such as ionizing chamber, thermoluminescent detectors or films, allow to 1D or 2D measurements whereas, with a chemical dosimeter, it is possible to obtain a 3D dosimetry which allows to control the treatment plan for the patient, independently on the radiation type or on the radiation flux. A chemical gel which presents physico-chemical properties as well as texture morphology proximal to those of biological living tissues, is important in order to control the adsorbed doses in organ-at-risk. In this research two different strategies have been followed, firstly the formulation of new gels, equivalent tissue for breast (adipose tissue) lung and bone has been checked depending their interaction with photons, electrons and neutrons; then their use with low energy photon flow has been verified. The dosimetric characteristics, that have been studied, follow the recommendations of ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) and show a good agreement between these gels and the biological tissues as recommended by NIST (National Institute of Standards and Technology). Physico-chemical studied have been performed in order to characterize the equivalent tissue gels, such as viscosity, diffusion, mechanical properties, oxygen concentration, gel and cooling time, and the absorbed doses in the conditions of radiation therapy treatment. We have been interested also in validating the equivalent breast gel for low energy photon flow as in the case of Intraoperative radiation therapy using Intrabeam. The final goal was to prepare an anthropomorphic phantom to use in planning the radiation treatment; actually, this first prototype allows to determine the effective delivered dose only near the equivalent lung and bone; some modifications in the IRM sequences as well as in the formulation of the equivalent tissues have been planned to improve the phantom

La complexation des ions lanthanides(III) par de nouveaux ligands dont la sphère de coordination oxygénée est montée sur une plateforme à base d'unités sucres ou acides aminés est étudiée. Malgré des masses moléculaires relativement faibles, ces complexes induisent des relaxivités élevées inattendues, en particulier à haut champ.
Les ligands ACX et BCX, dérivés acides d'Α- et Β-cyclodextrines modifiées, forment des complexes mono et bimétalliques avec les Ln(III). Les complexes LnACX ou LnBCX ont des affinités similaires à celle de ligands triacides. La structure à l'état solide du complexe bimétallique Lu2ACX montre un enfouissement important des cations à l'intérieur de la cavité. En solution, pour le complexe LnBCX, une seule molécule d'eau est coordonnée au cation, ce qui nous a permis de mettre en évidence une importante contribution de seconde sphère à la relaxivité.
L'étude RMN du ligand peptidique issu de la famille des RAFT a montré qu'il coordonne les Ln(III), avec une affinité similaire à celle de ligands naturels dérivés de la calmoduline.Une étude relaxométrique a également mis en évidence une importante contribution de seconde sphère à la relaxivité.
Pour mieux comprendre les facteurs moléculaires compliqués affectant la relaxivité, nous avons développé de nouvelles méthodes relaxométriques, basées sur des solutés sondes. Ces méthodes permettent d'obtenir la charge d'un complexe, de faibles constantes de formation, des constantes de transmétallation, ainsi que la vitesse de relaxation électronique.

Dans le cadre de l'élasticité linéaire 3D des microstructures complexes qui ne peuvent pas être simplement décrites en terme de constituants telles que des tissus biologiques, nous proposons, dans ce travail de recherche, une méthodologie d'identification expérimentale multi-échelle du champ stochastique d'élasticité apparent de la microstructure à l'échelle mésoscopique en utilisant des mesures de champ de déplacements aux échelles macroscopique et mésoscopique. On peut alors utiliser cette méthodologie dans le cadre de changement d'échelle pour obtenir des propriétés mécaniques à l'échelle macroscopique. Dans ce contexte, la question majeure est celle de l'identification expérimentale par résolution d'un problème statistique inverse de la modélisation stochastique introduite pour le champ d'élasticité apparent à l'échelle mésoscopique. Cette identification expérimentale permet non seulement de valider la modélisation mais encore de la rendre utile pour des matériaux existants ayant une microstructure complexe. Le présent travail de recherche est une contribution proposée dans ce cadre pour lequel l'expérimentation et validation expérimentale basée sur des mesures simultanées d'imagerie de champ aux échelles macroscopique et mésoscopique sont faites sur de l'os cortical
In the framework of linear elasticity 3D for complex microstructures that cannot be simply described in terms of components such as biological tissues, we propose, in this research work, a methodology for multiscale experimental identification of the apparent elasticity random field of the microstructure at mesoscopic scale using displacement field measurements at macroscopic scale and mesoscopic scale. We can then use this methodology in the case of changing scale to obtain the mechanical properties at macroscale. In this context, the major issue is the experimental identification by solving a statistical inverse problem of the stochastic modeling introduced for the apparent elasticity random field at mesoscale. This experimental identification allows to validate the modeling and makes it useful for existing materials with complex microstructures. This research work is proposed in this context in which experimentation and experimental validation based on simultaneous measurements of field imaging at macroscale and mesoscale are made on the cortical bonemakes it useful for existing materials with complex microstructures. This research work is proposed in this context in which experimentation and experimental validation based on simultaneous measurements of field imaging at macroscale and mesoscale are made on the cortical bone

Les cultures Andronovo (âge du Bronze) et Saka (âge du Fer) se sont développées entre le IIe et le Ier millénaire avant J. -C. Sur un vaste territoire de l'Asie centrale comprenant l'actuelle république du Kazakhstan. Le travail qu'il nous est proposé de présenter ici, traite des différentes pratiques funéraires dans leurs singularités et complexités. Avec l'ouverture du bloc socialiste, nous avons pu avoir accès à une masse documentaire archéologique d'archives. Notre analyse a permis de réévaluer l'ensemble avec des nouvelles propositions sur les pratiques funéraires. En outre, le travail sur un matériel anthropologique inédit et la reprise des recherches anciennes nous ont conduit à approfondir les connaissances sur les caractéristiques biologiques de ces populations. En confrontant les idées des données publiées avec celles restées inédites et en remplaçant l'étude ostéologique dans son contexte funéraire, nous discutons les différentes théories dans une perspective de recherche globale et dans une problématique archéo-anthropologique actuelle.

La plupart des processus dans notre vie quotidienne sont des processus hors équilibre. Un exemple de système hors équilibre est la cellule biologique et le transport qui a lieu dedans. Dans cette thèse ce transport intracellulaire est modélisé par des processus stochastiques. Pour cela deux approches différentes ont été utilisées : d’une part une modélisation explicite de particules actives avec des degrés de liberté internes obtenus expérimentalement, d’autre part une description phénoménologique des effets collectifs, qui est réalisée au moyen de processus d’exclusion.Un des résultats principaux pour le modèle explicite est qu’il est crucial de prendre en compte les fluctuations des forces pour reproduire les caractéristiques principales du mou- vement. Un autre élément important est la prise en considération de l’environnement cellu- laire, qui peut produire des effets non-triviaux, comme par exemple une inversion du sens de déplacement moyen. Pour étudier les effets collectifs il est possible de représenter le mou- vement des particules d’une manière simplifiée, en utilisant un processus d’exclusion avec des particules ayant des états internes. Le désordre sur les taux de saut qui en résulte peut provoquer une condensation dépendant de la densité.Un autre modèle étudié est un processus d’exclusion sur un réseau à deux voies. On suppose que deux types de particules se déplacent dans une géométrie tubulaire, inspirée par les champignons filamenteux. Ces hypothèses définissent un modèle minimal qui présente une transition de phase d’une phase de basse densité vers une phase pulsante caractérisée par des oscillations de densité
Most processes in our daily life are far from equilibrium. The prime example is a cell and the transport occurring within. In this thesis intracellular transport is modeled by means of stochastic processes. For this, two different approaches are applied: the explicit mod- eling of active particles with internal degrees of freedom with characteristics as they were determined experimentally. And secondly, the collective effects occurring in many particle systems are studied in a phenomenological way by means of exclusion processes.In the explicit model one important result is given by the fact that force fluctuations are essential to capture the relevant motion characteristics. Further, the influence of the cellular environment creates counter-intuitive effects, like a possible inversion of the bias. The motion characteristics can be represented in a coarse-grained manner as an exclusion process for particles with internal states. Due to the resulting disorder in the hopping rates a density-dependent condensation occurs.In a second part, a two-lane exclusion model is studied. Two species in a tubular geometry inspired by filamentous fungi are considered.This can be seen as a minimal model exhibiting a phase transition from a low density phase to an intriguing phase with periodically changing particle densities

Les vesicules de phospholipides sont apparues depuis les annees 70 comme d'interessantes cellules modeles. Inspires par les proprietes fascinantes de motilite cellulaire, nous etudions la migration de vesicules en adhesion sur un substrat plan. Deux situations sont abordees analytiquement et numeriquement : les mouvements engendres par un gradient d'adhesion et par un flot de cisaillement, par reference a l'haptotaxie et au flux sanguin, respectivement. La vesicule est alors loin de l'equilibre, sa vitesse mais egalement sa morphologie doivent etre determinees par une analyse dynamique. Une premiere loi de dissipation locale nous permet de determiner analytiquement la vitesse de derive dans un gradient d'adhesion. Nous reprenons ce probleme en incluant la dissipation hydrodynamique dans le fluide environnant la vesicule. L'approche analytique, basee sur l'estimation des grandeurs caracteristiques et l'analyse dimensionnelle presente une excellente coherence avec les resultats numeriques, obtenus par resolution des equations de stokes dans un formalisme de fonction de green avec frontiere libre. Nous proposons une dependance fonctionnelle complete des vitesses de rotation et de translation de la vesicule, ainsi que les morphologies associees. Nous trouvons un regime dynamique qualitativement different de la loi de stokes, a la portee d'un test experimental, et dans lequel la surface adheree joue un role preponderant. Dans un flot hydrodynamique, nous mettons en evidence une transition de decollement en deux etapes distinctes. La force de soulevement hydrodynamique depend de la morphologie precise de la vesicule et donc de sa deformabilite. Une approche analytique, caracterisant la forme de la membrane par les courbures de contact et basee sur les approximations de lubrification predit des valeurs de cisaillements de decollement et des morphologies hors equilibre en excellent accord avec les resultats numeriques.

In the last two decades, particular interest has been given to the cycle of dimethylsulfide (DMS), a climate active gas, and its precursors the dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and the dimethylsulfoxide (DMSO). DMS is involved in the Earth’s radiation budget while the DMS(P,O) are produced by a wide variety of micro- and macroalgae, corals, bacteria, or angiosperms in response to diverse environmental stresses. Several functions have been suggested for these sulfur compounds such as antioxidants, cryoprotectants, overflow mechanisms, osmolytes, zooplankton deterrents or signalling compounds. This research aims at improving the knowledge about the antioxidant role of DMS(P,O) within three major phytoplankton groups: diatom (i.e. Skeletonema costatum), Prymnesiophyceae (i.e. Phaeocystis globosa) and dinoflagellate (i.e. Heterocapsa triquetra). The experimental results demonstrate that cellular DMS(P,O) have the ability to lower cellular reactive oxygen species concentrations produced during high-light and chemically-induced oxidative stresses; thus supporting the antioxidant function. However, the initial DMS(P,O) concentrations of each species are not informative of their ability to tolerate a further oxidative stress, and their concentrations do not increase in high-light grown cells. The DMS(P,O) may then act as antioxidants without being part of the antioxidant response of the cell. We recommend analysing more constituents of the antioxidant system (i.e. enzymes, carotenoids, redox buffer) along with DMS(P,O) by-products and DMSP-lyase activity to better understand the cellular function of DMSP. Field measurements in the North Sea, including the Belgian Coastal Zone (BCZ) and the Northern North Sea (NNS), bring additional information on the DMS(P,O) variations. While abiotic parameters (nutrients, temperature, and incident light) influence the Chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in the BCZ, this impact is not reflected in the DMS(P,O) concentrations. The latter depend on the succession of low- and high-DMSP producing species (i.e. diatoms and Phaeocystis, respectively). In the NNS in August, no distinct pattern can be drawn for the DMS(P,O) evolution regarding the phytoplankton diversity or abiotic parameters. Investigated by correlations between DMS(P,O), photoprotective pigments and incident light, the antioxidant function is not observed for this short-term period of sampling in a temperate sea. Based on Chl-a linear regressions, DMS(P,O) concentrations are successfully estimated with two distinct relationships for diatoms and Prymnesiophyceae in the BCZ. However, this estimation lacks accuracy in the NNS due to the mixed phytoplankton community observed. Further work will provide a better understanding about the antioxidant function – especially on the field – and its association with the phytoplankton diversity in temperate regions such as the North Sea.
Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique
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L’étude des restes humains et des archives de fouille de 5 cimetières de la concession de Kadruka (Northern State, Soudan) représentait une occasion unique d’étudier l’évolution des populations néolithiques et des pratiques funéraires du Néolithique de la Haute-Nubie. L’objectif de cette thèse était de reconstituer la biologie de ces populations (y compris l’étude de l’état sanitaire et des caractères discrets dentaires) et les gestes de la séquence funéraire dans leur contexte chronoculturel. Grâce à l’examen de 643 individus (pour l’étude biologique) et de 734 structures (pour l’analyse funéraire) des sites de KDK 1, KDK 2, KDK 18, KDK 21 et KDK 23 et en comparant les informations issues de l’étude de ces 5 ensembles, nous parvenons à discuter l’homogénéité de ces groupes humains et leurs relations biologique et culturelles. Bien que l’analyse de la variation anatomique non métrique (en particulier des caractères discrets dentaires) indique une certaine continuité et une uniformité globale au cours du Néolithique, des arguments peuvent également être avancés sur les brassages de population en lien avec les processus de migration, peut-être multiples et discontinues, ainsi que les processus d’acculturation. Les profils de mortalité, les marqueurs de stress non spécifiques et d’autres indicateurs paléopathologiques fournissent des témoins de la variabilité des groupes et de leurs pratiques. Par exemple, l’exclusion des individus immatures les plus jeunes de certains des cimetières, des pourcentages divergents d’incidence des caries dentaires et d’utilisation des dents comme outils témoignent de processus variables d’évolution de l’économie, de la subsistance et de la structuration de la société. Bien que globalement l’analyse des pratiques funéraires fournisse une image homogène, nos données soulignent autour d’une « norme funéraire » une variabilité « en continu » assez significative au sein de la séquence funéraire (changements importants du mobilier d’accompagnement, occupation et structuration variable des espaces funéraires, etc.). Enfin, ce travail porte un regard critique sur ce qu’apporte l’étude de la concession de Kadruka pour une meilleure compréhension de l’expérience funéraire du Soudan préhistorique, ainsi que le long de la vallée du Nil et à travers le Sahara. En examinant les données d’un point de vue synchronique et diachronique, nous avons atteint notre objectif d’identifier les courants, les évolutions et les particularités culturelles de l’ensemble de Kadruka ainsi que du Néolithique soudanais au sens large
The human remains and excavation archives from 5 cemeteries from the Kadruka concession represented a unique opportunity for the study of the evolution of Neolithic populations and funerary practices in Neolithic Upper Nubia. The aim of this doctoral thesis was to reconstruct the biology of these populations (their health and lifeways) as well as to examine the specific practices at work in the different sequences of the funerary cycle within a chronological framework. Through the study of the 643 individuals (for the biological analysis) and 734 structures (for the archaeological analysis) from KDK 1, KDK 2, KDK 18, KDK 21 and KDK 23 and their comparison, it was possible to discuss the homogeneity of these populations from a biological and cultural standpoint. While the analysis of non-metric anatomical variation (specifically the discrete dental traits) points toward an overall continuity and uniformity throughout the Neolithic, though arguments may also be advanced based on this data for thinking flexibly about population admixture and processes of acculturation following migration patterns that may be multiple and discontinuous. Mortality profiles, non-specific stress markers, and other palaeopathological and occupational indicators, provide evidence of significant variability with biological, as well as cultural implications. Elements related to the processes of change at work within these societies, at a critical chronological and cultural juncture in the Prehistory of Upper Nubia, are perceptible through the study of these funerary groups. For example the exclusion of younger infants within burial areas otherwise including the remains of older individuals, the percentage of carious teeth incidence within populations and the use of teeth as tools, all speak to shifts in economy, subsistence and the structuring of society. While our analysis of funerary practice appears globally homogenous, our data also points to significant variability within an otherwise established and stable funerary sequence (important shifts in grave goods, variable occupation and structuring of the cemetery space, etc.). Finally, this work takes a critical look at the place the Kadruka concession now occupies within the greater understanding of the funerary experience in Prehistoric Sudan, as well as along the Nile river valley and across the Sahara. In examining data from a synchronic and diachronic perspective, across a wide variety of regions and contexts, we achieved our goal of identifying cultural undercurrents, evolutions and particularities for the Kadruka ensemble, as well as for the Sudanese Neolithic more broadly

Cette these decrit le principe de fonctionnement et la realisation d'un microcalorimetre a haute resolution capable d'effectuer des mesures de capacite calorifique en fonction de la temperature sur des echantillons liquides ou solides. Le principe de mesure du microcalorimetre repose sur la methode des oscillations de temperature. La resolution de l'appareil permet de detecter des variations de capacite calorifique de quelques dizaines de nanojoules par kelvin sur des echantillons dont la capacite calorifique totale est de quelques dizaines de millijoules par kelvin. Le volume d'echantillon requis est de 5 microlitres. L'expose du travail comporte trois parties : - la realisation d'une cellule de mesure grace aux technologies de micro-electronique (depots de couches minces, gravure rie, etc). - la realisation du microcalorimetre et le montage d'une chaine de mesure de tres bas niveau de bruit. - la presentation de mesures sur un echantillon solide (teflon), sur des liquides organiques (cyclohexane, quinoline), sur l'eau et l'eau lourde et sur une proteine en solution aqueuse (lysozyme). Au cours de cette derniere partie, il a ete montre l'interet de ce nouveau microcalorimetre pour l'etude des transitions de phase dans les polymeres en fonction de la frequence d'etude (spectroscopie thermique), pour la detection de phenomenes thermiques tres fins au sein des liquides organiques purs et pour des applications en biologie, domaine pour lequel les echantillons sont souvent fortement dilues dans un solvant aqueux et dont les effets thermiques sont souvent trop faibles pour etre detectes par les methodes calorimetriques classiques (dsc, itc, atd,).

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet SIMED fédérant les activités de modélisation à l'échelle méditerranéenne, et plus globalement dans le programme MERMEX qui vise à étudier les cycles biogéochimiques en mer Méditerranée et leurs évolutions futures. L'étape préliminaire a été de coupler la plateforme de modélisation hydrodynamique (NEMO) à celle de modélisation biogéochimique mécaniste (Eco3M), afin de réaliser une simulation (2000-2012) utilisant les sorties hydrodynamiques de la configuration NEMO-MED12 pour forcer le modèle biogéochimique Eco3M-MED. Les nombreuses comparaisons menées dans cette thèse (chlorophylle, sels nutritifs, production primaire, etc.) ont aidé à s'assurer de la capacité du modèle à reproduire les principales caractéristiques biogéochimiques de la Méditerranée. Ce travail a permis de généraliser le rôle majeur joué par le carbone organique dissous dans la pompe biologique à l'échelle de la mer Méditerranée. Les résultats montrent que la production de carbone organique particulaire est restreinte aux régions de forte dynamique physique, tandis que l'accumulation de carbone organique dissous dans les eaux de surface est commune à la plupart des régions du bassin. Ce dernier processus s'est avéré dépendant des contenus cellulaires du phytoplancton et des bactéries hétérotrophes. Finalement d'après le modèle, la fraction dissoute du carbone organique contribuerait à hauteur d'environ 64 % à l'exportation dans le bassin Ouest, et de 90 % dans le bassin Est. Le bassin Est -en dépit de sa plus forte oligotrophie- s'avère participer à près de 60 % à l'exportation de carbone organique en mer Méditerranée
This work is part of the SIMED project which is dedicated to basin-scale modeling of the Mediterranean Sea. It also belongs to the MERMEX program which aims at studying biogeochemical cycles in the Mediterranean Sea and their evolution. The first step of this work was to couple the hydrodynamic modeling platform (NEMO) to the mechanistic biogeochemical modeling platform (Eco3M). We ran a simulation (2000-2012) using the hydrodynamic outputs from NEMO-MED12 configuration to force the biogeochamical model Eco3M-MED. The model evaluation was conducted using numerous field measurements (chlorophyll, nutrients, primary production, etc.). The simulation strengthens and extends to the whole basin the prominent role of dissolved organic carbon in the biological carbon pump in the whole Mediterranean Sea. A comprehensive analysis of organic carbon (particulate and dissolved) production processes production was performed. Results reveal that particulate organic carbon production is restricted to the highly dynamic areas, whereas dissolved organic carbon accumulation in the surface layers is a common process in much areas of the basin. This latter process appeared to dependant on the cellular contents of phytoplancton and heterotrophic bacteria, themselved being controled by low phosphate availability. Finally, the dissolved organic carbon contribution to carbon export is around 64 % in the Western basin, and up to 90 % in the Eastern basin. When taking into account the dissolved fraction, total organic carbon export in the Eastern basin -despite its higher oligotrophy- exceeds the one in the Western basin (60% against 40 %)

Cette recherche fait l'objet d'une etude fondamentale du controle du biofilm dans un lit fluidise triphasique en epuration carbonee aerobie. Differents parametres de controle ont ete etudies: parametres physiques (attrition et cisaillement) et parametres biologiques (charge surfacique). La methodologie experimentale mise au point permet la caracterisation du lit de bioparticules et du developpement du biofilm

En assurant la dispersion, la phase larvaire joue un role fondamental dans la dynamique des populations d'invertébrés marins à cycle de vie bentho-pélagique et détermine la connectivité au sein des métapopulations marines. La connectivité en milieu marin influence ainsi directement la dynamique des métapopulations et la persistance des populations locales, les potentialités d'expansion des espèces en réponse à des changements des conditions environnementales ou les limites biogéographiques d'aire de distribution des espèces. Dans ce contexte, le but du présent travail a été de mieux comprendre les roles relatifs joués par les processus hydrodynamiques et hydroclimatiques, et les traits d'histoire de vie des invertébrés sur la dispersion larvaire et la connectivité en milieu cotier dans le Golfe de Gascogne et la Manche occidentale. Pour répondre à cette question, une approche couplée a été mise en oeuvre, alliant l'observation in situ et la modélisation biologie-physique à deux échelles spatiales : régionale et locale. Dans le Nord du Golfe de Gascogne, la description de la distribution larvaire de trois espèces cotières de polychètes (Pectinaria koreni, Owenia fusiformis, et Sabellaria alveolata) a mis en évidence le role prépondérant de l'organisation spatiale des structures hydrologiques à méso-échelle (i.e. plumes estuariennes) dans la variabilité de la distribution des abondances larvaires. à l'échelle régionale du Golfe de Gascogne et de la Manche occidentale, la simulation lagrangienne de la dispersion larvaire en conditions hydroclimatiques réalistes a souligné l'importance de la variabilité saisonnière des conditions hydroclimatiques et des traits d'histoire de vie (mois de ponte, durée de vie larvaire, comportement natatoire) dans le transport larvaire et la connectivité entre populations. Ces résultats ont suggéré de possibles échanges larvaires depuis les populations cotières du Golfe de Gascogne vers celles de la Manche occidentale, i.e. à travers une zone de transition biogéographique. Ils ont aussi permis de tester plusieurs hypothèses sur les conséquences possibles du changement climatique sur la dispersion et la connectivité entre populations marines, i.e. via une période de ponte précoce et une durée de vie larvaire raccourcie. à l'échelle locale du Golfe Normand-Breton, un modèle eulérien de dispersion a permis d'estimer la connectivité entre les récifs biogéniques construits par une espèce à forte valeur patrimoniale, Sabellaria alveolata. Ce modèle a permis de déterminer les influences relatives de la variabilité intra- et inter-annuelle des conditions hydroclimatiques sur la connectivité, dans un contexte de gestion et de conservation d'un patrimoine naturel.

Ces dernières décennies, l'étude des collisions entre des ions et des molécules d'intérêt biologique a reçu un intérêt croissant en raison des applications en radiobiologie. L'objet de cette thèse est le développement d'un dispositif expérimental en faisceaux croisés spécialement dédié à la mesure de sections efficaces absolues totales, simplement et doublement différentielles (en énergie et/ou en angle) d’émission d’électrons par des molécules d’intérêt biologique. Les électrons émis dans un angle solide de 4π stéradians, suite à la collision entre l’ion projectile et la molécule cible, sont extraits et analysés en énergie et en angle par un spectromètre de type Velocity Map Imaging (VMI). Les sections efficaces absolues d'émission d'électrons sont déduites de la mesure de la densité du faisceau cible, de l'intensité du faisceau projectile et du recouvrement géométrique des deux faisceaux à l'aide d'une microbalance à cristal de quartz et d'un profileur de faisceau d'ions. Dans ce manuscrit, la description du dispositif expérimental, la méthode de détermination des sections efficaces ainsi que la caractérisation complète du dispositif sont détaillées. Les premières valeurs de sections efficaces absolues d'émission d'électrons par des molécules d'adénine et d'uracile en collision avec des ions C4+ (11,76 MeV) et N4+ (60 keV) obtenues avec ce nouveau dispositif sont également présentées et interprétées. La bonne concordance entre ces valeurs et les données expérimentales et théoriques existantes confirme le bon fonctionnement du dispositif expérimental
In the last decades, ion collision with biologically relevant molecules has received increasing interest due to applications in radiation biology. The aim of this PhD is the development of a new crossed-beam experimental set-up dedicated to the measurement of absolute total, single and double differential (in angle and/or in energy) cross sections for electron emission from biologically relevant molecules. The electrons emitted in the 4π steradian solid angle after the collision between the projectile ion and the target molecule are extracted and analyzed by a Velocity Map Imaging (VMI) spectrometer. The cross sections are derived from measurements of the target beam density, the projectile beam intensity, and the beam overlap by means of a quartz crystal microbalance and an ion profiler. In this thesis, the experimental set-up description, the method used to determine the absolute cross sections and the complete characterization of the set-up are detailed. The first absolute cross sections for electron emission from adenine and uracil molecules upon collision with C4+ and N4+ ions measured with this new set-up are also shown and discussed. The good agreement between these results and previous experimental and theoretical data confirms the correct functionning of the experimental set-up

L'étude des systèmes vivants est notoirement difficile. La complexité déconcertante des systèmes biologiques, souvent citée, est principalement due à la complexité de leurs interactions, à leurs multiples niveaux d'organisation et à leur nature dynamique. Dans la quête de compréhension de cette complexité, les parallèles établis avec la physique standard - en particulier la physique statistique - sont à la fois utiles et d'une utilité limitée. D'une part, ils fournissent un riche ensemble d'éléments théoriques et méthodologiques pour construire des théories et concevoir des expériences. D'autre part, la vie biologique se déroule aussi selon des principes qui sont sans équivalent dans la physique de la matière conventionnelle. Une différence cruciale réside dans la notion de fonction : les systèmes biologiques sont façonnés par la nécessité d'accomplir des tâches spécifiques. Un problème général pour les systèmes vivants est de trouver et de promouvoir les configurations qui produisent des fonctions améliorées ou optimales, ce que nous appelons le problème de l'exploration-exploitation (EE). Un exemple spécifique de ce problème se trouve dans la biologie évolutive. Dans ce cas, des mutations génétiques aléatoires soutiennent l'exploration de l'espace de configuration, celles qui correspondent à un succès reproductif plus élevé étant favorisées par la sélection naturelle. Inspirés par ce dernier cas, nous développons un nouveau formalisme qui encode une dynamique générale d'exploration-exploitation pour les réseaux biologiques, représentée comme une exploration d'un paysage fonctionnel. En particulier, notre dynamique d'EE consiste en des changements de configuration stochastiques combinés à l'optimisation dépendante de l'état d'une fonction objective (métrique F). Nous commençons par étudier ses principales caractéristiques à travers l'étude de paysages fonctionnels simples et analytiquement traitables. Nous déployons des simulations pour des applications plus générales et plus complexes. Nous nous penchons ensuite sur le problème du câblage du cerveau, c'est-à-dire le développement du système nerveux d'un individu tout au long de sa vie. Nous soutenons que ce dernier est un autre exemple spécifique du problème de l'EE et qu'il peut donc être traité à l'aide de notre cadre théorique. En particulier, nous nous concentrons sur la maturation du cerveau chez le nématode C. elegans, le seul organisme pour lequel un réseau complet de neurones et de connexions neuronales a été reconstruit, à plusieurs moments du développement. Nous fixons le réseau à la naissance et utilisons le stade adulte pour déduire (i) une description max.ent. parcimonieuse (ERG) de la métrique F pour le cerveau du ver et (ii) les deux paramètres de notre dynamique EE. Selon la topographie de son paysage fonctionnel, le cerveau adulte est caractérisé par une tendance à former des triades et des nœuds de degré supérieur. Nous montrons que notre dynamique d'EE dans un tel paysage est capable de retracer toute l'histoire du développement. En particulier, nous montrons que la trajectoire que nous obtenons reproduit étroitement les autres points temporels expérimentaux que nous n'avons pas utilisés pour l'inférence. Ceci est vrai à la fois dans l'espace des statistiques du modèle et pour un certain nombre d'autres propriétés du réseau. En outre, nous discutons d'une interprétation micro-niveau de la dynamique de l'EE en termes de processus sous-jacent de formation des synapses. Notre étude est un premier pas vers la compréhension au niveau du système du développement d'un cerveau naturel et peut être étendue (i) à des paysages fonctionnels plus complexes, (ii) à d'autres organismes que le C. elegans et (iii) à d'autres problèmes que le câblage du cerveau. En effet, nous pensons que le paradigme de l'exploration-exploitation fait partie de ces principes spécifiques à la vie que nous commençons à peine à découvrir
The study of living systems is notoriously challenging. The often-quoted daunting complexity of biological systems is primarily due to the intricacies of their interactions, their multiple organisation levels and their dynamic nature. In the quest to understand this complexity, parallels drawn with standard physics – in particular, statistical physics -- are both useful and of limited use. On the one hand, they provide a rich set of theoretical and methodological building blocks for constructing theories and designing experiments. On the other hand, life also unfolds according to principles that are unparalleled in the physics of conventional matter. A crucial difference lies in the notion of function: biological systems are shaped by the need to perform specific tasks. A general problem for living systems is to find and promote those configurations that yield improved or optimal functions, we call this the exploration-exploitation (EE) problem. One specific instance of the above is found in evolutionary biology. There, random genetic mutations sustain the exploration of the configuration space, with those leading to higher reproductive success being favoured by natural selection. Inspired by the latter, we develop a novel formalism that encodes a general exploration-exploitation dynamics for biological networks. In particular, our EE dynamics is represented as an exploration of a functional landscape and consists of stochastic configuration changes combined with the state-dependent optimisation of an objective function (F metric). We begin by investigating its main features through the study of simple, analytically tractable functional landscapes. We deploy simulations for more general and complex applications. We then turn to the brain wiring problem, i.e., the development of an individual's nervous system during its early life. We argue that this is another specific instance of the EE problem and therefore can be addressed by using our theoretical framework. In particular, we focus on brain maturation in the nematode C.elegans, the only organism for which a complete network of neurons and neuronal connections has been reconstructed, at multiple developmental time points (seven). We fix the network at birth and use the adult stage to infer (i) a parsimonious maxent (ERG) description of the F metric for the worm brain and (ii) the two parameters of our EE dynamics. According to the topography of its functional landscape, the adult brain is characterised by a tendency to form both triads and high degree nodes. We demonstrate that our EE dynamics in such landscape is capable of tracking down the entire developmental history. In particular, we show that the trajectory we obtain closely reproduces the other experimental time points that we did not use for inference. This is true both in the space of model statistics and for a number of other network properties. Additionally, we discuss a micro-level interpretation of the EE dynamics in terms of the underlying synapse formation process. Our study is a first step towards the system-level understanding of the development of a natural brain and can be extended (i) to encompass more complex functional landscapes, (ii) to different organisms than the C. elegans and (iii) to several different problems than the brain wiring. Indeed, we posit that the exploration-exploitation paradigm is among those life-specific principles that we are just beginning to uncover

Ce travail s’inspire des travaux centrés sur la dégradation des rythmes circadiens observés au cours du vieillissement et des travaux montrant que l’entraînement physique a des effets sur la structure des rythmes biologiques. L’objectif de cette thèse était d’étudier les effets de la pratique d’activité physique sur la rythmicité circadienne ainsi que sur la qualité actimétrique du sommeil chez les personnes âgées. En parallèle, l’analyse d’un programme d’entraînement a été menée, car s’il est unanimement admis qu’à tout âge la participation à un programme d’entraînement peut réduire les effets délétères du vieillissement. L’obtention d’adaptations physiologiques, métaboliques, et fonctionnelles requiert l’exécution d’exercices adaptés en termes d’intensité et de volume. La première étude comparative (sédentaires vs actifs, caractérisés par l’indice VO2max) et la deuxième proposant un programme d’entraînement multivarisé de 16 semaines à des sujets sédentaires de plus de 60 ans, ont mis en évidence qu’il existe une amélioration des rythmes étudiés pour les sujets actifs physiquement, ou consécutivement à la suite du programme d’entraînement. Plus particulièrement, ces résultats montrent que l’amplitude de la température est plus importante et que le reflet actimétrique du sommeil est qualitativement meilleur chez les personnes actives ayant une bonne condition physique, en comparaison a celui de sédentaires. Ils mettent également en évidence qu’il est tout à fait possible par le biais d’un d’entraînement multivarié d’améliorer en parallèle la force, la souplesse, le niveau de VO2max ainsi que la masse adipeuse chez la personne âgée. Ce travail confirme que l’activité physique peut être considérée comme un donneur de temps au même titre que la lumière, ce qui ouvre des perspectives en termes de reconditionnement de l’horloge biologique. Il permet aussi de reconsidérer les programmes d’entraînements traditionnels et offre une solution possible pour améliorer la condition physique générale nécessaire au maintien de l’autonomie et à la qualité de vie
This work takes as a starting point the work centered on the degradation of the circadian rates/rhythms observed during ageing and of work showing that the physical drive has effects on the structure of the biological rhythms. The objective of this thesis was to study the effects of the practice of physical-activity on the circadian rythmicity like on the actimetric quality of the sleep in the elderly. In parallel, the analysis of a program of drive was carried out, because if it is unanimously allowed that to any age the participation in a program of drive can reduce the noxious effects of ageing. Obtaining physiological, metabolic, and functional adaptations requires the execution of exercises adapted in terms of intensity and volume. The first comparative study (actives/ sedentaries), characterized by the VO2max index) and the second proposing a program of 16 weeks drive multivarized on sedentary subjects of more than 60 years, highlighted an improvement of the rhythms studied for the active subjects physically, or consecutively following the program of drive More particularly, these results show that the amplitude of the temperature and more important and that the reflection actimetric of the sleep is more qualitative at the active people having a physical good condition, in comparison with sedentaries. They also highlight that it is completely possible by the means of one of multivariate drive to improve in parallel the force, the flexibility, the level of VO2max as well as the fat mass. This work confirms that the physical-activity can be regarded as a donor of time as well as the light, which opens prospects in terms for reconditioning for the biological clock. It also makes it possible to reconsider the programs of traditional drives and offers a possible solution to improve the general physical condition necessary for the maintenance of autonomy and quality of life

Diatoms constitute a major group of phytoplankton, accounting for ~20% of the world’s primary production. Biological dinitrogen (N2) fixation by diazotrophic cyanobacteria has great biogeochemical implications in nitrogen (N) cycling, being the major source of new N input to the oceans and thereby contributing significantly to carbon (C) export production. It has been shown that iron (Fe) can be the limiting nutrient for phytoplankton growth, in particular, in the HNLC (High Nutrient Low Chlorophyll) regions. Iron plays thus an essential role in governing the marine primary productivity and the efficiency of biological carbon pump. Oceanic systems are undergoing continuous modifications at varying rates and magnitudes as a result of changing climate. The objective of our research is to evaluate the effects of global climate change processes (changing dust deposition, ocean acidification and sea-surface warming) on phytoplankton growth, biological N2 fixation, biogeochemical cycles, and the controlling role of Fe within these impacts. Laboratory culture experiments using a marine diatom Chaetoceros socialis were conducted at two temperatures (13 ℃ and 18 ℃) and two carbon dioxide partial pressures (pCO2, 400 µatm and 800 µatm). The present study clearly highlights the effect of ocean acidification on enhancing the release of Fe upon dust deposition. Our results also confirm that being a potential source of Fe, mineral dust provides in addition a readily utilizable source of macronutrients such as phosphorus (P) and silicon (Si). However, elevated atmospheric CO2 concentrations and ocean acidification may also have an adverse impact on diatom growth, causing a decrease in cell size and possible further changes in phytoplankton composition. Meanwhile, increasing temperature and ocean warming may lead to the reduction of diatom production as well as cell size, inducing poleward shifts in the biogeographic distribution of diatoms. Numerous factors can affect the extent of N2 fixation. A better understanding of the major environmental and nutrient controls governing this process is highly required. Iron and/or phosphorus are thought to be limiting factors in most oceanic regions. Special attention has been given to studying the effects of mineral dust deposition which is believed to promote N2 fixation as it increases the availability of both Fe and P. Three laboratory bioassays (+Fe, +P, +Dust) via incubation experiments were performed on Trichodesmium IMS101, an important contributor to marine N2 fixation. Each addition of Fe, P or desert dust was found to stimulate the growth and the N2 fixation activity of Trichodesmium IMS101. Several adaptive nutrient utilization strategies were observed, such as a Fe luxury uptake mechanism, a P-sparing effect and colony formation. In addition, during a field study in the temperate Northeast Atlantic Ocean using natural phytoplankton assemblages, N2 fixation was remarkably stimulated through the addition of dissolved Fe under low temperature and depleted P conditions, highlighting the critical role of Fe. At the time of this study, no Trichodesmium filaments were found in the region of investigation. The diazotrophic community was dominated by the unicellular cyanobacteria symbiont (prymnesiophyte-UCYN-A1) and heterotrophic diazotrophs, therefore suggesting that Fe could be the ultimate factor limiting N2 fixation of these smaller diazotrophs as well. Recently, the effects of ongoing climate change (ocean warming and acidification) on N2 fixation drew much attention, but various studies led to controversial conclusions. Semi-continuous dilution growth experiments were conducted on Trichodesmium IMS101 under future high pCO2 and warming seawater conditions (800 µatm and 28 °C) and compared to the present-day situations (400 µatm and 24 °C). The results indicate that higher pCO2 and therefore ocean acidification may be beneficial for Trichodesmium growth and N2 fixation. However, the present study suggests that Fe or P limitation in oligotrophic seawaters may offset the stimulation induced on Trichodesmium IMS101 due to ocean acidification. In contrast, ocean warming may not play an important role in Trichodesmium growth and N2 fixation with a 4 °C increase from 24 °C to 28 °C. Nevertheless, ocean warming was previously predicted to cause a shift in the geographical distribution of Trichodesmium toward higher latitudes, extending its niche to subtropical regions and potentially reducing its range in tropical ocean basins.Overall, the biological responses of the marine diatom Chaetoceros socialis and the N2-fixing cyanobacteria Trichodesmium IMS101 to several key climate change processes were presented and discussed in this study. These processes included dust deposition, and ocean acidification and warming, which were shown to have a significant impact on oceanic phytoplankton growth, cell size and primary productivity, biological N2 fixation, phytoplankton distribution and community composition. They would thus affect the C, N, P, Si and Fe biogeochemical cycles in various ways. Iron, as one of the most crucial micronutrients for marine phytoplankton, has in particular strong links to climate change and biogeochemical feedback mechanisms.
Doctorat en Sciences
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L’exercice physique en lui-même induit des modifications physiologiques qui se répercutent sur les paramètres biologiques mais l’exercice physique entraîne par ailleurs des variations du volume plasmatique soit dans le sens d’une hémoconcentration soit dans le sens d’une hémodilution qui peuvent venir biaiser les résultats. 126 cyclistes masculins, 8 cyclistes professionnels et 8 cyclistes amateurs ont participé respectivement à un exercice triangulaire progressif, au tour de France, et à un suivi longitudinal. Les objectifs ont été de : 1) montrer l’importance de la correction des paramètres biologiques ; 2) déterminer à partir de quelle valeur une correction s’avérer nécessaire et 3) préciser la validité des trois méthodes de correction des paramètres biologiques mesurés. Au terme de notre étude, nous avons montré l’importance de prendre en considération le changement du volume plasmatique afin d’apprécier le plus justement possible la signification des variations des paramètres biologiques que l’on mesure. Même si un seul paramètre se trouve modifié de manière significative, nous considérons qu’il est nécessaire d’effectuer une correction des valeurs mesurées en fonction des variations du volume plasmatique. Les équations qui nous semblent les mieux adaptées dans le cas d’une hémoconcentration sont celles utilisés par Berthoin et al. (2000) ou de Kraemer et Brown (1986) qui ne montrent pas de différences significatives entre elles. Cependant, en cas d’hémodilution seule l’équation de Berthoin et al. (2000) donne des résultats logiques
The muscular exercise in itself induces physiological changes which affect biological parameters but in addition involves variations of plasmatic volume (hemoconcentration or hemodilution) which bias the results. 126 cyclists male, 8 professional cyclists and 8 cyclists amateur took respectively part in a incremental triangular exercise, a three week stage race (Tour de France), and a longitudinal follow-up. The aims of the study was: 1) to show the importance of the correction of the biological parameters; 2) to determine from which value a necessary correction and 3) to specify the validity of three methods of correction of the measured biological parameters. The main finding of our study are. Even if only one parameter on those which we had studied finds modified significantly after correction and this in spite of the weak caracter of the variation, we consider that it is necessary to carry out. In our opinion the best sweated equations in case of hemoconcentration those are used by Berthoin et al. (2000) and of Kraemer and Brown (1986) which do not show significant differences between them. However, in the event of hémodilution only the equation of Berthoin et al. (2000) gives logical results