UPThèses

Middle Awash basin, located in the complex volcanic centre of the Ethiopian Rift valley, is one of the drought prone areas marked by considerable water supply problems. Due to lack of surface waters, groundwater remains the sole resource supplying water for domestic and livestock. However, its effective use has been hampered due to the complex aquifer system of this basin. In this study, multidisciplinary method has been applied to characterize the hydrogeological system of this complex volcanic basin. The combined results from datasets show two distinct aquifer systems linked to geology and physiographic location. The Ca-alkaline rocks like basalt, ignimbrite, and trachybasalt form aquifers in the mountain regions whereas the Na-alkalne rocks which include scoria, pumice, tuff, and volcanoclastics are main aquifers in rift floor. Ground waters circulating in the highland areas are slightly mineralized and are Ca-Na-HCO3 type. On the other hand, ground waters in the rift floor are Na-HCO3-Cl types and are highly mineralized as well as contain high load of fluoride much higher than the permitted standard. Rivers hydrograph, hydrochemistry, environmental isotope, and 2D tomography are in good agreement showing fast percolation of rainfall and strong interaction between surface waters and ground waters. Result from numerical groundwater flow modeling further indicates the strong interaction between groundwater and surface waters in the form of losing and gaining.

L'éducation à l'environnement est indispensable pour pallier l'érosion de la biodiversité. Les médias et l'école ont une place importante dans la sensibilisation du public, mais ils diffusent presque exclusivement des images et des messages basés sur une biodiversité spectaculaire, exotique et lointaine (ours polaire, baleinzs...). L'éducation scolaire a donc un rôle important pour étendre la connaissance des enfants vers une gamme étendue d'organismes. Grâce à des questionnaires écrits diffusés dans dix pays en Europe (7), Afrique (1), et Asie (2), nous avons sondé chez des écoliers (âgés de 7 à 14 ans) leur perception des animaux. Le constat est alarmant : les enfants sont déconnectés de leur environnement local. Miroirs des médias, les enfants ont une vision restreinte de la biodiversité à protéger, limitée à quelques animaux qu'ils ont vu sur des écrans de TV ou d'ordinateur. Mais l'enquête réalisée sur la perception des serpents pour les enfants montre que ceux-ci ont une aversion modérée et que la plupart expriment leur envie de les protéger, ce qui est très encourageant. Nous avons emmené près de 600 élèves découvrir sur le terrain les espèces locales de serpents. Grâce à l'activation du canal affectif, la grande majorité des enfants sont prêts à protéger préférentiellement les serpents, au même titre que les pandas. L'ensemble de ces résultats montre tout d'abord une nette défaillance du système éducatif qui favorise l'information dogmatique et virtuelle au détriment des sorties de terrain et des expériences concrètes avec la nature. Celles-ci sont pourtant essentielles pour connecter les enfants avec l'environnement local et favoriser des comportement positifs nécessaires à la préservation de la biodiversité. Pour faire des progrès et étendre l'intérêt des enfants pour un maximum d'espèces, il est essentiel de travailler avec des espèces soit disant impopulaires telles que les serpents, que les enfants adoptent très vite.

Le fonctionnement du système nerveux dépend de la mise en place d'un réseau complexe de connexions neuronales au cours du développement embryonnaire et postnatal. Comprendre comment ces réseaux neuronaux s'établissent est un axe majeur de la neurobiologie du développement. Au-delà de son importance fondamentale, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires du guidage axonal représente un enjeu capital pour appréhender les situations pathologiques consécutives à des troubles lésionnels ou dégénératifs du système nerveux, compte tenu de l'importance des mécanismes développementaux dans la réparation des circuits neuronaux adultes. Au sein de l'équipe Physiopathologie des Troubles Neurodégénératifs et Adaptatifs de l'unité CNRS UMR 6187, le Pr. Afsaneh Gaillard a récemment réussi à reconstruire la voie nigrostriée dans un modèle murin de la maladie de Parkinson, par greffe de cellules embryonnaires issues du mésencéphale ventral. Afin d'identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu, nous nous sommes attachés à étudier les mécanismes de guidage axonal des neurones dopaminergiques issus du mésencéphale ventral vers leur région cible, le striatum, pendant l'embryogenèse chez la souris. De précédentes études ont suggéré l'implication du couple de molécules de guidage éphrine-A5/EphA5 en se basant sur l'expression de leurs ARNm respectivement mis en évidence dans le striatum et dans le mésencéphale ventral. Cependant, aucune implication fonctionnelle n'a été démontrée. Ainsi, nous sommes-nous tout d'abord attachés à décrire, in vivo, l'expression de la protéine éphrine-A5 par immunohistochimie dans le système nerveux central de la souris au cours du développement, avant d'émettre l'hypothèse de l'implication de l'interaction éphrine-A5/EphA5 dans la mise en place de la voie mésostriatale. Nous avons notamment détecté à proximité des axones dopaminergiques, pendant l'embryogenèse et le développement post-natal, l'expression de la protéine éphrine-A5 dans le thalamus, dans le télencéphale ventral selon un gradient décroissant rostro-caudal et ventro-dorsal, et dans le striatum. Nous avons montré, in vitro par immunocytochimie et in vivo par immunohistochimie, qu'une proportion de neurones dopaminergiques exprime la protéine réceptrice EphA5. De plus, nous avons observé, par stripe assay, que la protéine purifiée éphrine-A5 exerce un effet répulsif sur la majorité des projections dopaminergiques. Chez l'embryon dont le gène codant pour éphrine-A5 a été invalidé, nous avons mis en évidence, par western blot, une diminution de l'expression de la tyrosine hydroxylase, marqueur des neurones catécholaminergiques, dans le mésencéphale ventral. L'ensemble de ces résultats suggèrent que les éphrines-A, et plus particulièrement éphrine-A5, participent au guidage axonal et à la mise en place topographique des connexions dopaminergiques mésostriatales. Ce travail nous a amenés à proposer un nouveau modèle de guidage axonal des connexions dopaminergiques mésostriatales chez la souris, dans lequel l'interaction répulsive éphrine-A5/EphA5 participerait au maintien de la trajectoire rostro-ventrale de la voie mésostriatale et à la distribution topographique des projections dans le striatum.

Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre de l'étude de faisabilité du stockage des déchets radioactifs en couches géologiques profondes. L'option développée actuellement par l'Andra, inclut l'utilisation de plusieurs types de matériaux cimentaires en contact avec l'argilite du site du Callovo-Oxfordien (COX). L'argilite et les bétons sont caractérisés par des solutions porales multi ioniques très différentes en termes de concentrations et de pH. Contrôlée par les différences de concentrations, la diffusion des espèces aqueuses entre ces solides poreux induit des perturbations chimiques et physiques. Cette étude s'appuie sur un travail expérimental, analytique et numérique dans le but d'identifier les mécanismes contrôlant l'influence d'un environnement argileux sur les matériaux cimentaires. Deux pâtes de ciment durcies sont étudiées : une pâte CEM I, et une pâte " bas-pH " (ciment CEM I + fumée de silice + cendres volantes). Cette dernière est développée spécifiquement pour l'application stockage afin de limiter le panache alcalin vers l'argile. Deux montages expérimentaux sont créés : un premier où le matériau cimentaire est immergé dans une solution représentative de l'eau porale du COX, dans des conditions respectant la chimie du milieu argileux (pCO2 élevée, concentrations en carbonates, sulfates, pH neutre...). Les essais sont réalisés de 1 à 10 mois à 25°C. Le second dispositif permet le confinement des matériaux argileux en contact avec une pâte de ciment de 2 à 12 mois à 20 et 50°C. Les porosités des matériaux sont saturées. Les échanges de matière s'effectuent par diffusion en fonction des gradients de concentrations. Systématiquement, le matériau CEM I subit une décalcification, une carbonatation et une précipitation d'ettringite. Le matériau " bas-pH " est soumis à une décalcification, une dissolution de l'ettringite et à la formation de silicates de magnésium hydratés (M-S-H). Une pâte de ciment CEM I immergée dans la solution d'eau de site du COX développe une croûte de calcite recouvrant la totalité de la surface du matériau et limite la progression du front d'altération à une centaine de microns après 10 mois d'interaction (colmatage). Le même matériau en interface avec l'argilite remaniée du COX à température ambiante, présente une altération plus intense, jusqu'à près d'1 mm de profondeur après 1 an, provoquant une ouverture de porosité sur l'ensemble de l'épaisseur d'altération (pas de colmatage, faible carbonatation). Dans cette dernière configuration, à 20°C comme à 50°C, l'évolution du front d'altération est proportionnelle à la durée d'interaction. L'argilite subit une illitisation sous l'effet de la diffusion du KOH, mécanisme libérant du silicium et provoquant la précipitation de C-S-H de faible rapport CaO/SiO2 (0,8) à l'interface. Une pâte de ciment " bas-pH " immergée dans la solution d'eau de site du COX montre une altération intense, une déstructuration totale en surface liée à la décalcification totale de son C-S-H de départ de faible rapport CaO/SiO2 (≈ 0,8), se transformant en silice amorphe. La carbonatation (calcite) est diffuse et se localise entre la surface et la zone saine. Un important réseau de pores capillaires se forme. Le front d'altération évolue en racine carrée du temps (altération supérieure à 1,5 mm après 5 mois). Le même matériau en contact avec l'argilite (ou de la bentonite), montre une altération moins intense, avec la formation de M-S-H à l'interface. Le calcium libéré lors de la décalcification (C-S-H + ettringite) diffuse vers le matériau argileux pour se substituer au sodium dans l'interfoliaire des montmorillonites, aucune illitisation n'est identifiée. Les épaisseurs perturbées des deux côtés de l'interface n'excèdent pas quelques centaines de microns après 1 an. Les simulations numériques (HYTEC) de tous les essais, reproduisent l'ensemble les mécanismes observés expérimentalement et permettent d'identifier les échanges de matière dans l'ensemble des configurations. Ces simulations ont notamment permis de valider l'hypothèse expérimentale de diffusion de silicium de l'argilite vers la pâte de ciment CEM I en lien avec l'illitisation, source de précipitation de C-S-H à l'interface.

La valorisation de la biomasse lignocellulosique comme source alternative pour la production de carburants de type gazole impose le développement de procédés spécifiques pour les traitements des bio-huiles issues de sa transformation. Pour atteindre les nouvelles directives européennes sur l'utilisation de ces nouveaux types de biocarburants, il est nécessaire d'éliminer l'oxygène de ces bio-huiles par un procédé d'hydrodésoxygénation. Les performances de trois catalyseurs sulfures ((Co,Ni)Mo/Al2O3) sur la transformation de composés phénoliques modèles (phénol, 2-éthylphénol et 4-éthylphénol) ont été étudiées dans des conditions proches de celles utilisées dans les procédés d'hydrotraitement industriels (340°C sous 7 MPa de pression totale). Trois voies de transformation du 2-éthylphénol ont été mises en évidence : une voie qui implique les propriétés hydro-désoxygénantes du catalyseur, conduisant majoritairement à la formation d'éthylcyclohexane (voie HYD), une voie de désoxygénation directe et conduisant exclusivement à l'éthylbenzène (voie DOD), et une troisième voie qui fait intervenir à la fois les propriétés acides et désoxygénantes du catalyseur (voie ACI). Un effet promoteur dû à la présence de cobalt ou de nickel a été observé : le nickel ne favorise que la voie HYD, alors que le cobalt permet une augmentation des deux voies, la voie DOD étant généralement plus promue que la voie HYD. Il a été mis en évidence que, même si H2S a un effet négatif important sur la voie DOD, il doit être introduit dans la charge réactionnelle afin d'assurer la stabilité de ces catalyseurs.

Peu de données sont actuellement disponibles sur les effets de l'âge sur les performances physiologiques et comportementales des animaux sauvages. Compte tenu de sa nature multifactorielle, il est délicat d'explorer les corrélats physiologiques et comportementaux de la sénescence en conditions naturelles sans mener une approche multidisciplinaire. Cette thèse de terrain constitue le premier travail multidisciplinaire abordant la question cruciale du vieillissement en conditions naturelles. Notre but est d'analyser simultanément les effets de l'âge sur la physiologie, les comportements de recherche alimentaire et le succès reproducteur chez deux 'modèles d'étude' du vieillissement : le Grand Albatros Diomedea exulans (2-48 ans ; île subantarctique de Crozet) et le Pétrel des Neiges Pagodroma nivea (7-46 ans ; Terre Adélie, Antarctique). Nous avons conduit des études transversales pour décrire les patrons de variation avec l'âge du comportement de recherche alimentaire, de la performance de reproduction et de nombreux marqueurs phénotypiques (associés au vieillissement chez l'Homme ou les animaux de laboratoire), tels que l'immunité, le stress oxydant, les défenses antioxydantes, les taux basaux de d'hormones, la réponse hormonale au stress et la réponse cardiaque au stress. Chez le Grand Albatros, nous avons détecté un effet de l'âge sur le comportement de recherche alimentaire, la réponse au stress et le succès reproducteur, mais pas sur les marqueurs basaux de l'immunité, du stress oxydant ou des taux hormonaux. Les vieux Albatros mâles ont des aires de pêche différentes de celles des mâles plus jeunes, sont moins actifs à la surface de l'eau, parcourent de plus grandes distances, et reviennent de mer avec des taux relatifs d'hormone de stress plus élevés que les jeunes. En revanche, aucun effet de l'âge été détecté sur la physiologie ou le comportement des femelles, suggérant que les patrons de variations avec l'âge sont propres à chaque sexe, comme chez l'Homme ou les animaux de laboratoire. En outre, l'examen des albatros non reproducteurs suggère que c'est en situation de contrainte que les patrons de variation avec l'âge des traits physiologiques s'expriment. Chez le Pétrel des neiges, aucun effet de l'âge n'a été détecté sur la réponse immunitaire humorale, sur l'augmentation des taux d'hormone de stress pendant la réponse immunitaire, sur la croissance ou la réponse au stress des poussins, suggérant qu'il est difficile de mettre en évidence des corrélats physiologiques de la sénescence chez cette espèce longévive. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que (i) les niveaux de maintenance somatique restent élevés jusque dans la fin de vie chez les oiseaux longévifs, contrairement aux espèces peu longévives ; (ii) les traits phénotypiques associés aux comportements alimentaires pourraient être des facteurs proximaux du vieillissement en conditions naturelles ; (iii) le sexe est un paramètre majeur de la détermination des patrons de variation avec l'âge en conditions naturelles.

Cette thèse est consacrée à l'analyse et à l'extraction de relief de surfaces à comportement photométrique hétérogène par exploitation et développement de technique de stéréovision photométrique. Ce type de surface, généralement partiellement réfléchissante, est une surface à comportement photométrique mixte : diffuse et spéculaire. Le comportement photométrique de la surface se traduit par des modèles d'interactions lumière-matière différents. Ainsi, la reconstruction du relief de la surface par stéréovision photométrique peut être en théorie obtenue par l'exploitation de ces différents modèles. Néanmoins, la mise en oeuvre de ces modèles peut s'avérer délicate (difficulté d'inversibilité du modèle photométrique, méconnaissance des paramètres intrinsèques liés aux matériaux utilisés...). Dans ces travaux, nous présentons dans un premier temps les différents modèles utilisés en stéréovision photométrique ainsi que leurs sensibilités éventuelles aux paramètres intrinsèques des matériaux et les limites de leurs utilisations dans le cas de matériaux hétérogènes. Nous proposons ensuite deux approches différentes pour l'extraction du relief d'une surface partiellement réfléchissante. Notre première approche repose sur l'exploitation conjointe d'un modèle photométrique adapté au comportement diffus de la lumière et des principes d'optique géométrique pour déterminer le champ des gradients de la surface. Cette approche nécessitant au préalable de séparer dans l'image les zones caractérisées par un comportement spéculaire de la lumière et les zones caractérisées par un comportement diffus de la lumière. Cette approche est testée sur différents types de surfaces synthétiques et réelles et les résultats obtenus sont présentés. En ce qui concerne notre deuxième approche, elle repose sur le fait qu'une facette ou microfacette du relief local de la surface réfléchira la lumière dans une direction déterminée dans le cas de spécularité. Ainsi, une facette spéculaire sous un angle d'éclairage donné peut ne pas l'être sous un autre angle d'éclairage. Donc nous proposons d'augmenter le nombre des images acquises afin de pouvoir ensuite en extraire un jeu minimal des images les moins spéculaires pour l'extraction de relief. La méthode que nous adoptons est donc un système de stéréovision photométrique avec six sources. Nous avons déterminé dans ce cas le champ de gradient pixel par pixel avec trois images non spéculaires parmi les six images acquises. Puis nous avons mis en oeuvre l'extraction de relief sur les images synthétiques et sur les images réelles avec chaque méthode. Nous avons évalué et comparé ensuite les résultats obtenus avec ces différentes méthodes. Les approches développées ont ensuite été appliquées pour l'extraction de relief dans le cadre d'applications à finalité industrielle.

Les échantillons de nitrures ternaires de métaux de transition ont été élaborés par trois techniques de dépôt différentes : Pulsed Laser Deposition (PLD), pulvérisation magnétron (PUMA) et pulvérisation sous faisceau d'ions (DIBS). Les propriétés structurales et optiques des échantillons ont été caractérisées par diffraction des rayons X (XRD) et par spectroscopie de réflectivité optique (SRO). Des mesures de composition ont également été effectuées par spectroscopie d'électrons Auger (AES) et par spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDXS). Les contraintes ont été déterminées en mesurant la courbure du substrat et en utilisant des techniques de diffraction des rayons X. Les analyses microstructurales ont révélé que tous les échantillons ont cristallisé dans la structure NaCl et le paramètre de réseau suit la loi de Vegard. Les propriétés optiques de ces films sont assimilables à celles des conducteurs. Les mesures de contraintes ont révélé que les films sont en compression.

La notion de l'approximation rationnelle est normalement conçue pour la discrétisation en temps. Dans cette thèse nous mélangeons cette notion avec la notion de la convergence au sens de Kato qui découle d'une discrétisation en espace pour l'équation de transport neutronique. Nous appliquons cette procedure aux schémas d'Euler explicite et implicite, Crank-Nicolson et Prédicateur-Correcteur qui ont le degré de convergence 1,2 et 3 au sens de l'approximation rationnelle. Pour démontrer la convergence nous utiliserons le théorème de Cherno et nous donnons aussi des illustrations numérique pour justifier ces degrés de convergence. Dans le dernier chapitre nous donnons quelques nouvelles généralisations des théorèmes de point fixe de type Schauder et de type Krasnoselskii qui se basent sur la notion de la compacité faible sur des espaces Fréchet ayant la propriété de Dunford- Pettis et sur la notion de la U-équicontraction.

En réadaptation cardiaque, les exercices gymniques réalisés en milieu aquatique sont très utilisés. Toutefois, les protocoles de rééducation les utilisant n'ont jamais été validés. De plus, pour les patients cardiaques à fonction ventriculaire gauche altérée, l'immersion peut provoquer une augmentation de pré charge et entraîner des complications. Nous avons évalué si la réadaptation incluant des exercices réalisés en immersion est sécurisée et si elle peut induire au moins les mêmes bénéfices qu'une réadaptation traditionnelle incluant des exercices réalisés uniquement à sec. Vingt quatre insuffisants cardiaques (IC) à fonction ventriculaire gauche altérée, stable cliniquement, et 24 coronariens (CO) à fonction ventriculaire gauche normale ont participé à 3 semaines de réadaptation. Les patients ont réalisé un programme d'entraînement comprenant des exercices d'endurance sur ergocycle (30 min, 5 jours /semaine, 60 à 70 % 2 VO pic) associé à un programme gymnique qui se déroulait soit au sol soit en piscine. Les groupes ont été randomisés. Les fonctions ventriculaire gauche, cardiorespiratoire, les variables hémodynamiques et neurovégétatives ont été évaluées avant et après la réadaptation, au repos, après un exercice au pic, après l'immersion. Au repos, une augmentation significative de la concentration plasmatique de nitrate a été observée uniquement chez les patients (IC et CO) entraînés partiellement en immersion. Chez les IC, une amélioration significative des variables hémodynamiques a également été observée quelque soit le type de réadaptation (augmentation de fraction d'éjection, du volume d'éjection systolique, une diminution de pression artérielle diastolique et de fréquence cardiaque). Toutefois, l'augmentation de fraction d'éjection au repos est significativement plus prononcée chez les IC entraînés partiellement en immersion. Après une immersion, les réponses physiologiques chez les CO avant et après de la réadaptation sont identiques. En revanche, l'augmentation attendue de volume d'éjection systolique, de débit cardiaque et de pression est observée chez les IC après ce stimulus uniquement après la réadaptation. A l'exercice, une augmentation significative de la consommation d'oxygène, de fréquence cardiaque et de puissance au pic de l'exercice est observée chez tous les patients après la réadaptation. Chez les IC, une amélioration significative de la capacité de récupération a été observée après réadaptation. De plus, les augmentations de fréquence cardiaque et de puissance à l'exercice sont significativement plus prononcées chez les IC entraînés partiellement en immersion. Les deux programmes de réadaptation utilisés ont été bien tolérés et sont capables d'induire des améliorations de la fonction cardiorespiratoire. Le programme de réadaptation incluant des exercices réalisés en immersion semble apporter des bénéfices supplémentaires en particulier chez les IC.