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Phytoplankton is the group of photosynthetic microorganisms (microalgae and cyanobacteria) living in suspension in marine and fresh waters. Through photosynthesis, phytoplankton produce large amounts of the oxygen essential for marine and terrestrial life. Marine microalgae are also promising organisms for biotechnological applications (human and animal food, biofuels). Because of their ecological and economic importance, the study of the phytoplankton responses to environmental challenged (including the ones induced by human activity and global warming) is a developing field of research. Phytoplankton activity is influenced by changes in the vertical stratification of the water column, which modulate light energy availability as well as nutrient supply to phytoplankton cells in a temperature-dependent manner. Based on light and nutrient availability, phytoplankton cells have evolved different lifestyles: autotrophy (photosynthetic activity), mixotrophy (simultaneous use of photosynthesis and respiration of exogenous carbon sources for growth) and photosymbiosis (symbiotic interactions with animal cells).In this thesis, I have studied the physiological responses of phytoplankton cells to environmental changes at the cellular and subcellular levels. To achieve this goal, I have developed a complete imaging workflow to perform quantitative morphometric analyses of entire algal cells, representatives of ecologically-successful and laboratory-model microalgal species. The protocol starts with FIB-SEM (Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy) or SBF-SEM (Serial Block Facing – Scanning Electron Microscopy), to acquire high-resolution images. By implementing the 3D image analysis protocol, it is possible to obtained high-resolution whole cells models in three dimensions, suitable to perform quantitative analyses. Thanks to these tools, I have been able to image the adaptation of phytoplankton to various environmental conditions: i. changes in the size and morphology of plastids and mitochondria during light acclimation in diatoms, ii. changes in organelles interaction during nutrient acclimation in Nannochloropsis, iii. morphological changes occurring during photosymbiosis in Phaeocystis.Overall, this work reveals several scenarios of phytoplankton acclimation at both the cellular and subcellular levels. I have also validated the use of this protocol in plants in a study on chloroplast biogenesis during de-etiolation in Arabidopsis. of plastids., Le phytoplancton est le groupe de micro-organismes photosynthétiques (microalgues et cyanobactéries) vivant en suspension dans les eaux marines et douces. Grâce à la photosynthèse, le phytoplancton produit de grandes quantités d'oxygène indispensable à la vie marine et terrestre. Les microalgues marines sont également des organismes prometteurs pour les applications biotechnologiques (alimentation humaine et animale, biocarburants). En raison de leur importance écologique et économique, l'étude des réponses du phytoplancton aux défis environnementaux (y compris ceux induits par l'activité humaine et le réchauffement climatique) est un domaine de recherche en plein développement. L'activité du phytoplancton est influencée par les changements dans la stratification verticale de la colonne d'eau qui module, en fonction de la température, la disponibilité de l'énergie lumineuse ainsi que l'apport de nutriments aux cellules du phytoplancton. En raison de la disponibilité de la lumière et des nutriments, les cellules du phytoplancton ont évolué vers différents modes de vie : autotrophie (activité photosynthétique), mixotrophie (utilisation simultanée de la photosynthèse et de l’utilisation ? de sources de carbone extérieures pour la croissance) et photosymbiose (interactions symbiotiques avec des cellules animales).Dans cette thèse, j'ai étudié les réponses physiologiques des cellules du phytoplancton aux changements environnementaux au niveau cellulaire et sous-cellulaire. Pour atteindre cet objectif, j'ai mis au point un processus d'imagerie complet permettant d'effectuer des analyses morphométriques quantitatives de cellules entières d'algues représentatives à la fois d'espèces à succès écologique et de modèles de laboratoire. Le protocole commence avec l’acquisition de séries d’images hautes résolutions soit par FIB-SEM (Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy) ou SBF-SEM (Serial Block Facing – Scanning Electron Microscopy). Le protocole d'analyse d'images 3D développé dans ce travail permet d'obtenir des modèles tridimensionnels à haute résolution de cellules entières permettant la réalisation d'analyses quantitatives. Grâce à ces outils, j'ai pu imager l'adaptation du phytoplancton à diverses conditions environnementales révélant ainsi : 1) le changement de taille et de morphologie des plastes et des mitochondries lors de l'acclimatation à la lumière dans les diatomées, 2) le changement dans l'interaction des organites chez Nannochloropsis lors de l'acclimatation aux nutriments, 3) les changements morphologiques qui surviennent lors de la photosymbiose dans l’algue Phaeocystis.Ces travaux révèlent plusieurs scénarios d'acclimatation du phytoplancton au niveau cellulaire et subcellulaire. J'ai également pu valider l'utilisation de ce protocole chez les plantes dans une étude sur la biogenèse des chloroplastes lors de la dé-étiolation des cotylédons d’Arabidopsis.

Population-level conservation is being extremely required to restrain the biodiversity loss within a species. So, the assessment of the variability within the species complex is being renowned as an important first step to well implement the future conservation settings for threatened species. The species complex of Arenaria grandiflora is a short-lived perennial herbaceous and a threatened taxon in certain of sites of its distribution areas in Europe, with unresolved gentics and taxonomy, which lead to potential problems in the conservation and utilization of the resource. A differenciation among populations of the species complex of A. grandiflora is presented in this study based on the genetic, cytogenetic and phenotypic patterns. Intraspecific ploidy level varaition is an important aspect of numerous species, so, the present study explores this phenomenon within the A. grandiflora species complex in some type of populations (27 natural populations). To infer the intraspecific genetic and cytogenetic patterns of variability among the studied natural populations of the investigated species complex (A. grandiflora), three methods were used : nuclear microsatellite markers, cytogenetic and flow cytometry approaches. Moreover, the phenotypic patterns of variation among both the stock of seeds and the herbarium materials of A. grandiflora were defined. These patterns were detected using three methods of seed germination (in vitro culture, filter papers and potting soil) and morphometric approaches. A significant differentiation among populations' patterns of molecular, cytogenetic and phenotypic variation was detected within the A. grandiflora species complex. Presence of two closely related cytotypes (diploids 2n=2x=22 and tetraploids 2n=4x=44) was detected using both classical and more recent methods (chromosome number count and flow cytometry respectively). The species complex of A. grandiflora exhibits high variation in 2C-DNA value, the genome size ranges from 2.11 ± 0.74 pg to 2.70 ± 0.11 pg for the diploid populations and from 4.30 ± 1.51 pg to 5.27 ± 0.14 pg for the tetraploid populations. Moreover, the seeds of tetraploids germinate well and in high proportion than the seeds of the diploid ones. In addition, both acicular and linear leaves from the diploid populations differ significantly within the diploids and with the lanceolate leaves of the tetraploid ones. New protocol of seed germination for the tetraploids by in vitro culture after scarifying was described for th first time. The affected factors on seed germination percentages were determinated by an explanatory model of six predictors (altitude, longitude, latitude, ploidy levls, both period and condition of seed storage). Consequently, all these findings are fundamental for the determination of the evolutionarily significant units (ESUs) within A. grandiflora species complex and thus the definition of efficient restoration plans in the future. This study would consider as the preliminary signal for necessary revision for the intraspecific taxonomic keys problematic for this species complex.; La conservation au niveau population est extrêmement nécessaire pour limiter la perte de biodiversité au sein d'une espèce ou d'un complexe d'espèces. Ainsi, l'évaluation de la variabilité inter-populationnelle dans le complexe est reconnue comme première étape importante pour bien définir les plans de conservation des espèces menacées. Arenaria grandiflora form un complexe d'espèces herbacées pérennes à courte durée de vie (4 ans en moyenne) menacé dans certains sites de ses zones de distribution en Europe. A ce jour, sa taxonomie n'est pas bien résolue, ce qui entraîne des problèmes potentiels pour mettre en oeuvre une conservation efficace de ce taxon. Une variation inter-populationnelle du complexe d'espèces A. grandiflora est présentée dans cette étude aux niveaux génétiques, cytogénétiques et morphométriques. Quatre méthodes ont été utilisées : des marqueurs microsatellites nucléaires, une approche cytogénétique, la cytométrie en flux, et enfin la morphométrie sur les feuilles. De plus, les études phénotypiques de variation de taux de germination entre stocks de graines ont été développées. Une différenciation significative entre les profils de variations moléculaires, cytogénétiques et phénotypiques a été détectée dans le complexe d'espèces. Deux cytotypes (diploïdes 2n=2x=22 et tétraploïdes 2n = 4x = 44) ont été mis en évidence en utilisant à la fois des méthodes classiques et des méthodes plus récentes (marqueurs microsatellites, nombres chromosomiques et cytométrie de flux). Le complexe d'espèces d'A; grandiflora présente une forte variation de la valeur de l'ADN 2C, la taille du génome varie de 2.11 ± 0.74 pg à 2.70 ± 0.11 pg pour les populations diploïdes et de 4.30 ± 1.51 pg à 5.27 ± 0.14 pg pour les populations de tétraploïdes. En outre, les grains de tétraploïdes germent significativement mieux que les graines des diploïdes. Les feuilles diffèrent considérablement entre les diploïdes (aciculaires et linéaires) et les tétraploïdes (lancéolées). Cette étude peut être considérée comme préliminaire pour une révision taxonomique de ce complexe d'espèces. D'autre part, grâce à l'ensemble des résultats obtenus, il est également possible de revisiter le concept d'unités évolutives significatives (ESUs) dans le complexe d'espèces A. grandiflora et donc de définir les groupes de populations devant faire l'objet de mesures distinctes. Ainsi, il est possible d'évaluer la pertinence de plans déjà entrepris et de proposer de nouveaux plans de restauration efficaces pour l'avenir de ce complexe d'espèces.

Multiple sclerosis is a chronic inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system having a highly variable clinical expression from patient to another. Given this heterogeneity, the identification of neuroimaging biomarkers able to reflect damages responsible for cognitive and motor deficits found in these patients is crucial for evaluating the efficacy of new therapies. In this thesis, we studied and highlighted the morphological damages (changes in volume and shape) of the thalamus , a central brain structure, through populations representing all clinical forms of the disease. We then evaluated the effect of treatment in a longitudinal volumetric analysis conducted over 12 months. Repeatability of thalamic volume results attests the quality of the method used., La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire et démyélinisante chronique du système nerveux central présentant une expression clinique très variable d'un patient à l'autre. Face à cette hétérogénéité, l'identification de biomarqueurs issus de la neuro-imagerie capables de refléter les dommages responsables des déficits cognitifs et moteurs retrouvés chez ces patients est cruciale pour l'évaluation de l'efficacité de nouvelles thérapies. Lors de ce travail de thèse, nous avons étudié et mis en avant l'atteinte morphologique (changements de volume et de forme) du thalamus, structure cérébrale centrale, au travers de populations représentant l'ensemble des formes cliniques de la maladie. Nous avons ensuite évalué l'effet d'un traitement lors d'une analyse volumétrique longitudinale menée sur 12 mois. La répétabilité des résultats concernant la mesure du volume thalamique atteste alors de la qualité de la méthode utilisée.

Debris avalanches, resulting from flank collapses that shape volcanic and mountainous edifices are rapidand dangerous gravity-driven granular flows that travel long run out distances. The dynamic and the transport mechanisms behind this high mobility remain poorly understood. The numerous models proposed to explain this high mobility include processes based on lubrication or fluidisation of the granular mass of the flow body, but also the dynamic disintegration of the transported particles. To date,all these proposed mechanisms lack observational support and quantification of the state of the particles of the granular mass during the transport. To identify the main transport mechanisms, we propose here detailed field studies of volcanic debris avalanches deposits resulting of flank-collapse events on an oceanic shield volcano, the Piton des Neiges (La Réunion Island, Indian Ocean). This study has been combined with morphometric (fractal dimension and circularity), exoscopic and grain-size analyses. Moreover, the fabric of the deposits has been investigated by with the characteristics of the anisotropy of the magnetic susceptibility (ASM). From these data we highlight a proximal to distal evolution of the debris avalanches transport and emplacement dynamics. We demonstrate that syn-transport dynamic disintegration continuously operates with the distance from the source down to a grinding limit of 500μm. Below this limit, the particle size reduction exclusively results from the attrition of the particles by frictional interactions. Thus, the exceptional mobility of debris avalanches may be explained by thecombined effect of elastic energy release during the dynamic disintegration of the larger clasts (> 500μm) and frictional reduction within the matrix due to the dispersive interactions between the finer particles (< 500 μm). All these data also allow to specify the transport direction and the approximate size of the debris avalanches related to the Piton des Neiges destabilisations.; Les avalanches de débris, qui résultent du démantèlement des flancs des édifices volcaniques et montagneux, sont des écoulements granulaires rapides et dangereux dont le monteur est la gravité et qui présentent des distances de transport extrêmement importantes. La dynamique de leur mise en place et leurs mécanismes de transport permettant cette très grande mobilité sont des phénomènes qui demeurent encore mal compris. De nombreux modèles existent pour expliquer la grande mobilité des avalanches de débris et incluent des processus basés sur la lubrification ou la fluidification de la masse granulaire mais également sur le phénomène de désintégration dynamique des éléments. Cependant la grande majorité des modèles proposés souffre du manque d’observations de terrain et de quantification de l’évolution des matériaux au cours de leur transport au sein de la masse granulaire. Afin d’identifier les principaux mécanismes de transport des avalanches de débris, nous proposons dans ce travail une étude de terrain détaillée de dépôts d’avalanches de débris volcaniques qui résultent du démantèlement d’un volcan bouclier océanique, le Piton des Neiges (île de La Réunion, océan Indien). L’approche est couplée à un examen morphométrique (dimension fractale et circularité), exoscopique et granulométrique des particules présentes dans les dépôts. Elle est complétée par l’examen de la fabrique des dépôts basée sur l’anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM). Les données obtenues nous permettent de mettre en évidence une évolution de la dynamique de transport et de mise en place des dépôts d’avalanches de débris depuis les zones sources jusqu’aux domaines de dépôt distaux. On montre également que la désintégration dynamique et le gonflement dispersif qui l’accompagne opèrent tout au long du transport et à toutes les échelles au-dessus d’une limite inférieure de broyage à 500 μm. En dessous de cette limite, la réduction granulométrique résulte uniquement de processus d’attrition par friction entre les particules. La grande mobilité des avalanches de débris pourrait ainsi être expliquée par l’effet combiné de la libération d’énergie élastique par la désintégration dynamique des particules > 500μm et par une réduction de la friction interne à la matrice liée aux interactions dispersives des particules fines (< 500 μm). L’ensemble des données permettent également de préciser les directions de transport et l’ampleur des avalanches de débris liées aux déstabilisations du massif du Piton des Neiges.