Changing landscapes of Switzerland: assessing effects of historic and future land uses and land covers on the occurrence of selected butterfly species

Summary Landscapes are continuously changing. Natural forces of change such as heavy rainfall and fires can exert lasting influences on their physical form. However, changes related to human activities have often shaped landscapes more distinctly. In Western Europe, especially modern agricultural practices and the expanse of overbuilt land have left their marks in the landscapes since the middle of the 20th century. In the recent years men realised that mare and more changes that were formerly attributed to natural forces might indirectly be the result of their own action. Perhaps the most striking landscape change indirectly driven by human activity we can witness in these days is the large withdrawal of Alpine glaciers. Together with the landscapes also habitats of animal and plant species have undergone vast and sometimes rapid changes that have been hold responsible for the ongoing loss of biodiversity. Thereby, still little knowledge is available about probable effects of the rate of landscape change on species persistence and disappearance. Therefore, the development and speed of land use/land cover in the Swiss communes between the 1950s and 1990s were reconstructed using 10 parameters from agriculture and housing censuses, and were further correlated with changes in butterfly species occurrences. Cluster analyses were used to detect spatial patterns of change on broad spatial scales. Thereby, clusters of communes showing similar changes or transformation rates were identified for single decades and put into a temporally dynamic sequence. The obtained picture on the changes showed a prevalent replacement of non-intensive agriculture by intensive practices, a strong spreading of urban communes around city centres, and transitions towards larger farm sizes in the mountainous areas. Increasing transformation rates toward more intensive agricultural managements were especially found until the 1970s, whereas afterwards the trends were commonly negative. However, transformation rates representing the development of residential buildings showed positive courses at any time. The analyses concerning the butterfly species showed that grassland species reacted sensitively to the density of livestock in the communes. This might indicate the augmented use of dry grasslands as cattle pastures that show altered plant species compositions. Furthermore, these species also decreased in communes where farms with an agricultural area >5ha have disappeared. The species of the wetland habitats were favoured in communes with smaller fractions of agricultural areas and lower densities of large farms (>10ha) but did not show any correlation to transformation rates. It was concluded from these analyses that transformation rates might influence species disappearance to a certain extent but that states of the environmental predictors might generally outweigh the importance of the corresponding rates. Information on the current distribution of species is evident for nature conservation. Planning authorities that define priority areas for species protection or examine and authorise construction projects need to know about the spatial distribution of species. Hence, models that simulate the potential spatial distribution of species have become important decision tools. The underlying statistical analyses such as the widely used generalised linear models (GLM) often rely on binary species presence-absence data. However, often only species presence data have been colleted, especially for vagrant, rare or cryptic species such as butterflies or reptiles. Modellers have thus introduced randomly selected absence data to design distribution models. Yet, selecting false absence data might bias the model results. Therefore, we investigated several strategies to select more reliable absence data to model the distribution of butterfly species based on historical distribution data. The results showed that better models were obtained when historical data from longer time periods were considered. Furthermore, model performance was additionally increased when long-term data of species that show similar habitat requirements as the modelled species were used. This successful methodological approach was further applied to assess consequences of future landscape changes on the occurrence of butterfly species inhabiting dry grasslands or wetlands. These habitat types have been subjected to strong deterioration in the recent decades, what makes their protection a future mission. Four spatially explicit scenarios that described (i) ongoing land use changes as observed between 1985 and 1997, (ii) liberalised agricultural markets, and (iii) slightly and (iv) strongly lowered agricultural production provided probable directions of landscape change. Current species-environment relationships were derived from a statistical model and used to predict future occurrence probabilities in six major biogeographical regions in Switzerland, comprising the Jura Mountains, the Plateau, the Northern and Southern Alps, as well as the Western and Eastern Central Alps. The main results were that dry grasslands species profited from lowered agricultural production, whereas overgrowth of open areas in the liberalisation scenario might impair species occurrence. The wetland species mostly responded with decreases in their occurrence probabilities in the scenarios, due to a loss of their preferred habitat. Further analyses about factors currently influencing species occurrences confirmed anthropogenic causes such as urbanisation, abandonment of open land, and agricultural intensification. Hence, landscape planning should pay more attention to these forces in areas currently inhabited by these butterfly species to enable sustainable species persistence. In this thesis historical data were intensively used to reconstruct past developments and to make them useful for current investigations. Yet, the availability of historical data and the analyses on broader spatial scales has often limited the explanatory power of the conducted analyses. Meaningful descriptors of former habitat characteristics and abundant species distribution data are generally sparse, especially for fine scale analyses. However, this situation can be ameliorated by broadening the extent of the study site and the used grain size, as was done in this thesis by considering the whole of Switzerland with its communes. Nevertheless, current monitoring projects and data recording techniques are promising data sources that might allow more detailed analyses about effects of long-term species reactions on landscape changes in the near future. This work, however, also showed the value of historical species distribution data as for example their potential to locate still unknown species occurrences. The results might therefore contribute to further research activities that investigate current and future species distributions considering the immense richness of historical distribution data. Résumé Les paysages changent continuellement. Des farces naturelles comme des pluies violentes ou des feux peuvent avoir une influence durable sur la forme du paysage. Cependant, les changements attribués aux activités humaines ont souvent modelé les paysages plus profondément. Depuis les années 1950 surtout, les pratiques agricoles modernes ou l'expansion des surfaces d'habitat et d'infrastructure ont caractérisé le développement du paysage en Europe de l'Ouest. Ces dernières années, l'homme a commencé à réaliser que beaucoup de changements «naturels » pourraient indirectement résulter de ses propres activités. Le changement de paysage le plus apparent dont nous sommes témoins de nos jours est probablement l'immense retraite des glaciers alpins. Avec les paysages, les habitats des animaux et des plantes ont aussi été exposés à des changements vastes et quelquefois rapides, tenus pour coresponsable de la continuelle diminution de la biodiversité. Cependant, nous savons peu des effets probables de la rapidité des changements du paysage sur la persistance et la disparition des espèces. Le développement et la rapidité du changement de l'utilisation et de la couverture du sol dans les communes suisses entre les années 50 et 90 ont donc été reconstruits au moyen de 10 variables issues des recensements agricoles et résidentiels et ont été corrélés avec des changements de présence des papillons diurnes. Des analyses de groupes (Cluster analyses) ont été utilisées pour détecter des arrangements spatiaux de changements à l'échelle de la Suisse. Des communes avec des changements ou rapidités comparables ont été délimitées pour des décennies séparées et ont été placées en séquence temporelle, en rendrent une certaine dynamique du changement. Les résultats ont montré un remplacement répandu d'une agriculture extensive des pratiques intensives, une forte expansion des faubourgs urbains autour des grandes cités et des transitions vers de plus grandes surfaces d'exploitation dans les Alpes. Dans le cas des exploitations agricoles, des taux de changement croissants ont été observés jusqu'aux années 70, alors que la tendance a généralement été inversée dans les années suivantes. Par contre, la vitesse de construction des nouvelles maisons a montré des courbes positives pendant les 50 années. Les analyses sur la réaction des papillons diurnes ont montré que les espèces des prairies sèches supportaient une grande densité de bétail. Il est possible que dans ces communes beaucoup des prairies sèches aient été fertilisées et utilisées comme pâturages, qui ont une autre composition floristique. De plus, les espèces ont diminué dans les communes caractérisées par une rapide perte des fermes avec une surface cultivable supérieure à 5 ha. Les espèces des marais ont été favorisées dans des communes avec peu de surface cultivable et peu de grandes fermes, mais n'ont pas réagi aux taux de changement. Il en a donc été conclu que la rapidité des changements pourrait expliquer les disparitions d'espèces dans certains cas, mais que les variables prédictives qui expriment des états pourraient être des descripteurs plus importants. Des informations sur la distribution récente des espèces sont importantes par rapport aux mesures pour la conservation de la nature. Pour des autorités occupées à définir des zones de protection prioritaires ou à autoriser des projets de construction, ces informations sont indispensables. Les modèles de distribution spatiale d'espèces sont donc devenus des moyens de décision importants. Les méthodes statistiques courantes comme les modèles linéaires généralisés (GLM) demandent des données de présence et d'absence des espèces. Cependant, souvent seules les données de présence sont disponibles, surtout pour les animaux migrants, rares ou cryptiques comme des papillons ou des reptiles. C'est pourquoi certains modélisateurs ont choisi des absences au hasard, avec le risque d'influencer le résultat en choisissant des fausses absences. Nous avons établi plusieurs stratégies, basées sur des données de distribution historique des papillons diurnes, pour sélectionner des absences plus fiables. Les résultats ont démontré que de meilleurs modèles pouvaient être obtenus lorsque les données proviennent des périodes de temps plus longues. En plus, la performance des modèles a pu être augmentée en considérant des données de distribution à long terme d'espèces qui occupent des habitats similaires à ceux de l'espèce cible. Vu le succès de cette stratégie, elle a été utilisée pour évaluer les effets potentiels des changements de paysage futurs sur la distribution des papillons des prairies sèches et marais, deux habitats qui ont souffert de graves détériorations. Quatre scénarios spatialement explicites, décrivant (i) l'extrapolation des changements de l'utilisation de sol tels qu'observés entre 1985 et 1997, (ii) la libéralisation des marchés agricoles, et une production agricole (iii) légèrement amoindrie et (iv) fortement diminuée, ont été utilisés pour générer des directions de changement probables. Les relations actuelles entre la distribution des espèces et l'environnement ont été déterminées par le biais des modèles statistiques et ont été utilisées pour calculer des probabilités de présence selon les scénarios dans six régions biogéographiques majeures de la Suisse, comportant le Jura, le Plateau, les Alpes du Nord, du Sud, centrales orientales et centrales occidentales. Les résultats principaux ont montré que les espèces des prairies sèches pourraient profiter d'une diminution de la production agricole, mais qu'elles pourraient aussi disparaître à cause de l'embroussaillement des terres ouvertes dû à la libéralisation des marchés agricoles. La probabilité de présence des espèces de marais a décrû à cause d'une perte générale des habitats favorables. De plus, les analyses ont confirmé que des causes humaines comme l'urbanisation, l'abandon des terres ouvertes et l'intensification de l'agriculture affectent actuellement ces espèces. Ainsi ces forces devraient être mieux prises en compte lors de planifications paysagères, pour que ces papillons diurnes puissent survivre dans leurs habitats actuels. Dans ce travail de thèse, des données historiques ont été intensivement utilisées pour reconstruire des développements anciens et pour les rendre utiles à des recherches contemporaines. Cependant, la disponibilité des données historiques et les analyses à grande échelle ont souvent limité le pouvoir explicatif des analyses. Des descripteurs pertinents pour caractériser les habitats anciens et des données suffisantes sur la distribution des espèces sont généralement rares, spécialement pour des analyses à des échelles fores. Cette situation peut être améliorée en augmentant l'étendue du site d'étude et la résolution, comme il a été fait dans cette thèse en considérant toute la Suisse avec ses communes. Cependant, les récents projets de surveillance et les techniques de collecte de données sont des sources prometteuses, qui pourraient permettre des analyses plus détaillés sur les réactions à long terme des espèces aux changements de paysage dans le futur. Ce travail a aussi montré la valeur des anciennes données de distribution, par exemple leur potentiel pour aider à localiser des' présences d'espèces encore inconnues. Les résultats peuvent contribuer à des activités de recherche à venir, qui étudieraient les distributions récentes ou futures d'espèces en considérant l'immense richesse des données de distribution historiques.

Active solubilization and refolding of stable protein aggregates by cooperative unfolding action of individual hsp70 chaperones.

Hsp70 is a central molecular chaperone that passively prevents protein aggregation and uses the energy of ATP hydrolysis to solubilize, translocate, and mediate the proper refolding of proteins in the cell. Yet, the molecular mechanism by which the active Hsp70 chaperone functions are achieved remains unclear. Here, we show that the bacterial Hsp70 (DnaK) can actively unfold misfolded structures in aggregated polypeptides, leading to gradual disaggregation. We found that the specific unfolding and disaggregation activities of individual DnaK molecules were optimal for large aggregates but dramatically decreased for small aggregates. The active unfolding of the smallest aggregates, leading to proper global refolding, required the cooperative action of several DnaK molecules per misfolded polypeptide. This finding suggests that the unique ATP-fueled locking/unlocking mechanism of the Hsp70 chaperones can recruit random chaperone motions to locally unfold misfolded structures and gradually disentangle stable aggregates into refoldable proteins.

Analysis by confocal microscopy of the behavior of heat shock protein 70 within the nucleus and of a nuclear matrix polypeptide during prolonged heat shock response in HeLa cells.

By means of confocal laser scanning microscopy and indirect fluorescence experiments we have examined the behavior of heat-shock protein 70 (HSP70) within the nucleus as well as of a nuclear matrix protein (M(r) = 125 kDa) during a prolonged heat-shock response (up to 24 h at 42 degrees C) in HeLa cells. In control cells HSP70 was mainly located in the cytoplasm. The protein translocated within the nucleus upon cell exposure to hyperthermia. The fluorescent pattern revealed by monoclonal antibody to HSP70 exhibited several changes during the 24-h-long incubation. The nuclear matrix protein showed changes in its location that were evident as early as 1 h after initiation of heat shock. After 7 h of treatment, the protein regained its original distribution. However, in the late stages of the hyperthermic treatment (17-24 h) the fluorescent pattern due to 125-kDa protein changed again and its original distribution was never observed again. These results show that HSP70 changes its localization within the nucleus conceivably because it is involved in solubilizing aggregated polypeptides present in different nuclear regions. Our data also strengthen the contention that proteins of the insoluble nucleoskeleton are involved in nuclear structure changes that occur during heat-shock response.

Hsp110 is a bona fide chaperone using ATP to unfold stable misfolded polypeptides and reciprocally collaborate with hsp70 to solubilize protein aggregates.

Structurally and sequence-wise, the Hsp110s belong to a subfamily of the Hsp70 chaperones. Like the classical Hsp70s, members of the Hsp110 subfamily can bind misfolding polypeptides and hydrolyze ATP. However, they apparently act as a mere subordinate nucleotide exchange factors, regulating the ability of Hsp70 to hydrolyze ATP and convert stable protein aggregates into native proteins. Using stably misfolded and aggregated polypeptides as substrates in optimized in vitro chaperone assays, we show that the human cytosolic Hsp110s (HSPH1 and HSPH2) are bona fide chaperones on their own that collaborate with Hsp40 (DNAJA1 and DNAJB1) to hydrolyze ATP and unfold and thus convert stable misfolded polypeptides into natively refolded proteins. Moreover, equimolar Hsp70 (HSPA1A) and Hsp110 (HSPH1) formed a powerful molecular machinery that optimally reactivated stable luciferase aggregates in an ATP- and DNAJA1-dependent manner, in a disaggregation mechanism whereby the two paralogous chaperones alternatively activate the release of bound unfolded polypeptide substrates from one another, leading to native protein refolding.

Factors promoting the exposure to bioaerosols among crop workers

Introduction. Agricultural workers are among the professional groups most at risk of developing acute or chronic respiratory problems. Despite this fact, the etiology of these occupational diseases is poorly known, even in important sectors of agriculture such as the crops sector. Cereals can be colonized by a large number of fungal species throughout the plants' growth, but also during grain storage. Some of these fungi deliver toxins that can have a serious impact on human health when they are ingested via wheat products. Although International and European legislation on contaminants in food, including mycotoxins, include measures to ensure protection of public health by setting down the maximum levels for certain contaminants, the risks associated with the inhalation of such molecules during grain handling remains poorly documented. Goal of study. This project's objective was to characterize worker exposure to pathogenic, irritative or allergenic microorganisms and to identify the abiotic or biotic factors that reduce the growth of these microorganisms in crops. Indeed, the proliferation of microorganisms on wheat is dependent on temperature, rainfall and human disturbance (e.g. usage of tillage, addition of fungicides). A change in the concentration of these microorganisms in the substrate will directly result in a change in the concentration of aerosolized particles of the same microorganisms. Therefore, the exposure of worker to bioaérosols will also change. The Vaud region of Switzerland is a perfect region for conduct such a project as weather conditions vary and agricultural land management programs are divers at a small geographic scale. Methods. Bioaerosols and wheat dust have been sampled during wheat harvesting of summer 2010 at 100 sites uniformly distributed in the Vaud region that are representative of the different agriculture practices. Personal exposure has been evaluated for different wheat related activities: harvesting, grain unload, baling straw, the cleaning of harvesters and silos. Aerosols have been sampled at a rate of 2L/min between 15 min to 4 hours (t) on a 5m PVC filter for estimating the total dust inhaled, on gelatine filter for the identification and quantification of molds, and on a 0.45um polycarbonate filter for endotoxin quantification. Altitude, temperature and annual average rainfall were considered for each site. The physical and chemical characteristics of soils were determined using the methods in effect at Sol Council (Nyon). Total dust has been quantified following NIOSH 0500 method. Reactive endotoxine activity has been determined with Limulus Amebocyte Lysate Assay. All molds have been identified by the pyrosequencing of ITS2 amplicons generated from bioaerosol or wheat dust genomic DNA. Results & Conclusions. Our results confirm the previous quantitative data on the worker exposure to wheat dust. In addition, they show that crop workers are systematically exposed to complex mixtures of allergens, irritants or cytotoxic components. The novelty of our study is the systematic detection of molds such as Fusarium - that is a mycotoxins producer - in the bioaerosols. The results are interpreted by taking in account the agriculture practice, the Phosphorus : Carbon : Nitrogen ratio of the soil, the altitude and the average of rainy days per year.

Aggregation and errors in management accounting

Il est important pour les entreprises de compresser les informations détaillées dans des sets d'information plus compréhensibles. Au chapitre 1, je résume et structure la littérature sur le sujet « agrégation d'informations » en contrôle de gestion. Je récapitule l'analyse coûts-bénéfices que les comptables internes doivent considérer quand ils décident des niveaux optimaux d'agrégation d'informations. Au-delà de la perspective fondamentale du contenu d'information, les entreprises doivent aussi prendre en considération des perspectives cogni- tives et comportementales. Je développe ces aspects en faisant la part entre la comptabilité analytique, les budgets et plans, et la mesure de la performance. Au chapitre 2, je focalise sur un biais spécifique qui se crée lorsque les informations incertaines sont agrégées. Pour les budgets et plans, des entreprises doivent estimer les espérances des coûts et des durées des projets, car l'espérance est la seule mesure de tendance centrale qui est linéaire. A la différence de l'espérance, des mesures comme le mode ou la médiane ne peuvent pas être simplement additionnés. En considérant la forme spécifique de distributions des coûts et des durées, l'addition des modes ou des médianes résultera en une sous-estimation. Par le biais de deux expériences, je remarque que les participants tendent à estimer le mode au lieu de l'espérance résultant en une distorsion énorme de l'estimati¬on des coûts et des durées des projets. Je présente également une stratégie afin d'atténuer partiellement ce biais. Au chapitre 3, j'effectue une étude expérimentale pour comparer deux approches d'esti¬mation du temps qui sont utilisées en comptabilité analytique, spécifiquement « coûts basés sur les activités (ABC) traditionnelles » et « time driven ABC » (TD-ABC). Au contraire des affirmations soutenues par les défenseurs de l'approche TD-ABC, je constate que cette dernière n'est pas nécessairement appropriée pour les calculs de capacité. Par contre, je démontre que le TD-ABC est plus approprié pour les allocations de coûts que l'approche ABC traditionnelle. - It is essential for organizations to compress detailed sets of information into more comprehensi¬ve sets, thereby, establishing sharp data compression and good decision-making. In chapter 1, I review and structure the literature on information aggregation in management accounting research. I outline the cost-benefit trade-off that management accountants need to consider when they decide on the optimal levels of information aggregation. Beyond the fundamental information content perspective, organizations also have to account for cognitive and behavi¬oral perspectives. I elaborate on these aspects differentiating between research in cost accounti¬ng, budgeting and planning, and performance measurement. In chapter 2, I focus on a specific bias that arises when probabilistic information is aggregated. In budgeting and planning, for example, organizations need to estimate mean costs and durations of projects, as the mean is the only measure of central tendency that is linear. Different from the mean, measures such as the mode or median cannot simply be added up. Given the specific shape of cost and duration distributions, estimating mode or median values will result in underestimations of total project costs and durations. In two experiments, I find that participants tend to estimate mode values rather than mean values resulting in large distortions of estimates for total project costs and durations. I also provide a strategy that partly mitigates this bias. In the third chapter, I conduct an experimental study to compare two approaches to time estimation for cost accounting, i.e., traditional activity-based costing (ABC) and time-driven ABC (TD-ABC). Contrary to claims made by proponents of TD-ABC, I find that TD-ABC is not necessarily suitable for capacity computations. However, I also provide evidence that TD-ABC seems better suitable for cost allocations than traditional ABC.

Transport of a biocontrol Pseudomonas fluorescens through 2.5-m deep outdoor lysimeters and survival in the effluent water

Application of wild-type or genetically-modified bacteria to the soil environment entails the risk of dissemination of these organisms to the groundwater. To measure vertical transport of bacteria under natural climatic conditions, Pseudomonas fluorescens strain CHA0 was released together with bromide as a mobile tracer at the surface of large outdoor lysimeters. Two experiments, one starting in autumn 1993 and the other in spring 1994 were performed. Shortly after a heavy rainfall in late spring 1994, the released bacteria were detected for the first time in effluent water from the 2.5-m-deep lysimeters in both experiments, i.e. 210 d and 21 d, respectively, after inoculation. Only a 10−9 to 10−8 fraction of the inoculum was recovered as culturable cells in the effluent water, but a larger fraction of the CHA0 cells was in a non-culturable state as detected with immunofluorescence microscopy. As much as 50% of the mobile tracer percolated through the lysimeters, indicating that, compared with bromide, bacterial cells were retained in soil. In the second part of this study, persistence of CHA0 in groundwater microcosms consisting of lysimeter effluent water was studied for 380 d. Survival of the inoculant as culturable cells was better under anaerobic than under aerobic conditions. However, a large fraction of the cells became non-culturable in both cases. When the experiment was performed with filter-sterilized effluent water, the total count of introduced bacteria did not decline with time. In conclusion, the biocontrol strain was transported in low numbers to a potential groundwater level under natural climatic conditions, but could persist for an extended period in groundwater microcosms.

"In vitro" study of the molecular mechanism of the "E.Coli" Hsp 70/Hsp40/NEF chaperone system and its interactions with ?-sinuclein

SUMMARY Under stressful conditions, mutant or post-translationally modified proteins may spontaneously misfold and form toxie species, which may further assemble into a continuum of increasingly large and insoluble toxic oligomers that may further condense into less toxic, compact amyloids in the cell Intracellular accumulation of aggregated proteins is a common denominator of several neurodegenerative diseases. To cope with the cytotoxicity induced by abnormal, aggregated proteins, cells have evolved various defence mechanisms among which, the molecular chaperones Hsp70. Hsp70 (DnaK in E. coii) is an ATPase chaperone involved in many physiological processes in the cell, such as assisting de novo protein folding, dissociating native protein oligomers and serving as pulling motors in the import of polypeptides into organelles. In addition, Hsp70 chaperones can actively solubilize and reactivate stable protein aggregates, such as heat- or mutation-induced aggregates. Hsp70 requires the cooperation of two other co-chaperones: Hsp40 and NEF (Nucleotide exchange factor) to fulfil its unfolding activity. In the first experimental section of this thesis (Chapter II), we studied by biochemical analysis the in vitro interaction between recombinant human aggregated α-synuclein (a-Syn oligomers) mimicking toxic a-Syn oligomers species in PD brains, with a model Hsp70/Hsp40 chaperone system (the E. coii DnaK/DnaJ/GrpE). We found that chaperone-mediated unfolding of two denatured model enzymes were strongly affected by α-Syn oligomers but, remarkably, not by monomers. This in vitro observed dysfunction of the Hsp70 chaperone system resulted from the sequestration of the Hsp40 proteins by the oligomeric α-synuclein species. In the second experimental part (Chapter III), we performed in vitro biochemical analysis of the co-chaperone function of three E. coii Hsp40s proteins (DnaJ, CbpA and DjlA) in the ATP-fuelled DnaK-mediated refolding of a model DnaK chaperone substrate into its native state. Hsp40s activities were compared using dose-response approaches in two types of in vitro assays: refolding of heat-denatured G6PDH and DnaK-mediated ATPase activity. We also observed that the disaggregation efficiency of Hsp70 does not directly correlate with Hsp40 binding affinity. Besides, we found that these E. coii Hsp40s confer substrate specificity to DnaK, CbpA being more effective in the DnaK-mediated disaggregation of large G6PDH aggregates than DnaJ under certain conditions. Sensibilisées par différents stress ou mutations, certaines protéines fonctionnelles de la cellule peuvent spontanément se convertir en formes inactives, mal pliées, enrichies en feuillets bêta, et exposant des surfaces hydrophobes favorisant l'agrégation. Cherchant à se stabiliser, les surfaces hydrophobes peuvent s'associer aux régions hydrophobes d'autres protéines mal pliées, formant des agrégats protéiques stables: les amyloïdes. Le dépôt intracellulaire de protéines agrégées est un dénominateur commun à de nombreuses maladies neurodégénératives. Afin de contrer la cytotoxicité induite par les protéines agrégées, les cellules ont développé plusieurs mécanismes de défense, parmi lesquels, les chaperonnes moléculaires Hsp70. Hsp70 nécessite la collaboration de deux autres co-chaperonnes : Hsp40 et NEF pour accomplir son activité de désagrégation. Hsp70 (DnaK, chez E. coli) est impliquée par ailleurs dans d'autres fonctions physiologiques telles que l'assistanat de protéines néosynthétisées à la sortie du ribosome, ou le transport transmembranaire de polypeptides. Par ailleurs, les chaperonnes Hsp70 peuvent également solubiliser et réactiver des protéines agrégées à la suite d'un stress ou d'une mutation. Dans la première partie expérimentale de cette thèse (Chapter II), nous avons étudié in vitro l'interaction entre les oligomères d'a-synucleine, responsables entre autres, de la maladie de Parkinson, et le système chaperon Hsp70/Hsp40 (système Escherichia coli DnaK/DnaJ/GrpE). Nous avons démontré que contrairement aux monomères, les oligomères d'a-synucleine inhibaient le système chaperon lors du repliement de protéines agrégées. Cette dysfonction du système chaperon résulte de la séquestration des chaperonnes Hsp40 par les oligomères d'a-synucleine. La deuxième partie expérimentale (Chapitre III) est consacrée à une étude in vitro de la fonction co-chaperonne de trois Hsp40 d'is. coli (DnaJ, CbpA, et DjlA) lors de la désagrégation par DnaK d'une protéine pré-agrégée. Leurs activités ont été comparées par le biais d'une approche dose-réponse au niveau de deux analyses enzymatiques: le repliement de la protéine agrégée et l'activité ATPase de DnaK. Par ailleurs, nous avons mis en évidence que l'efficacité de désagrégation d'Hsp70 et l'affinité des chaperonnes Hsp40 vis-à-vis de leur substrat n'étaient pas corrélées positivement. Nous avons également montré que ces trois chaperonnes Hsp40 étaient directement impliquées dans la spécificité des fonctions accomplies par les chaperonnes Hsp70. En effet, DnaK en présence de CbpA assure la désagrégation de large agrégats protéiques avec une efficacité nettement plus accrue qu'en présence de DnaJ.

Monitoring drug therapy.

Drug development has improved over recent decades, with refinements in analytical techniques, population pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) modelling and simulation, and new biomarkers of efficacy and tolerability. Yet this progress has not yielded improvements in individualization of treatment and monitoring, owing to various obstacles: monitoring is complex and demanding, many monitoring procedures have been instituted without critical assessment of the underlying evidence and rationale, controlled clinical trials are sparse, monitoring procedures are poorly validated and both drug manufacturers and regulatory authorities take insufficient account of the importance of monitoring. Drug concentration and effect data should be increasingly collected, analyzed, aggregated and disseminated in forms suitable for prescribers, along with efficient monitoring tools and evidence-based recommendations regarding their best use. PK-PD observations should be collected for both novel and established critical drugs and applied to observational data, in order to establish whether monitoring would be suitable. Methods for aggregating PK-PD data in systematic reviews should be devised. Observational and intervention studies to evaluate monitoring procedures are needed. Miniaturized monitoring tests for delivery at the point of care should be developed and harnessed to closed-loop regulated drug delivery systems. Intelligent devices would enable unprecedented precision in the application of critical treatments, i.e. those with life-saving efficacy, narrow therapeutic margins and high interpatient variability. Pharmaceutical companies, regulatory agencies and academic clinical pharmacologists share the responsibility of leading such developments, in order to ensure that patients obtain the greatest benefit and suffer the least harm from their medicines.

How patch configuration affects the impact of disturbances on metapopulation persistence.

Disturbances affect metapopulations directly through reductions in population size and indirectly through habitat modification. We consider how metapopulation persistence is affected by different disturbance regimes and the way in which disturbances spread, when metapopulations are compact or elongated, using a stochastic spatially explicit model which includes metapopulation and habitat dynamics. We discover that the risk of population extinction is larger for spatially aggregated disturbances than for spatially random disturbances. By changing the spatial configuration of the patches in the system--leading to different proportions of edge and interior patches--we demonstrate that the probability of metapopulation extinction is smaller when the metapopulation is more compact. Both of these results become more pronounced when colonization connectivity decreases. Our results have important management implication as edge patches, which are invariably considered to be less important, may play an important role as disturbance refugia.

Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants torrentiels

Les laves torrentielles sont l'un des vecteurs majeurs de sédiments en milieu montagneux. Leur comportement hydrogéomorphologique est contrôlé par des facteurs géologique, géomorphologique, topographique, hydrologique, climatique et anthropique. Si, en Europe, la recherche s'est plus focalisée sur les aspects hydrologiques que géomorphologiques de ces phénomènes, l'identification des volumes de sédiments potentiellement mobilisables au sein de petits systèmes torrentiels et des processus responsables de leur transfert est d'une importance très grande en termes d'aménagement du territoire et de gestion des dangers naturels. De plus, une corrélation entre des événements pluviométriques et l'occurrence de laves torrentielles n'est pas toujours établie et de nombreux événements torrentiels semblent se déclencher lorsqu'un seuil géomorphologique intrinsèque (degré de remplissage du chenal) au cours d'eau est atteint.Une méthodologie pragmatique a été développée pour cartographier les stocks sédimentaires constituant une source de matériaux pour les laves torrentielles, comme outil préliminaire à la quantification des volumes transportés par ces phénomènes. La méthode s'appuie sur des données dérivées directement d'analyses en environnement SIG réalisées sur des modèles numériques d'altitude de haute précision, de mesures de terrain et d'interprétation de photographies aériennes. La méthode a été conçue pour évaluer la dynamique des transferts sédimentaires, en prenant en compte le rôle des différents réservoirs sédimentaires, par l'application du concept de cascade sédimentaire sous un angle cartographique.Les processus de transferts sédimentaires ont été étudiés dans deux bassins versants des Alpes suisses (torrent du Bruchi, à Blatten beiNaters et torrent du Meretschibach, à Agarn). La cartographie géomorphologique a été couplée avec des mesures complémentaires permettant d'estimer les flux sédimentaires et les taux d'érosion (traçages de peinture, piquets de dénudation et utilisation du LiDAR terrestre). La méthode proposée se révèle innovatrice en comparaison avec la plupart des systèmes de légendes géomorphologiques existants, qui ne sont souvent pas adaptés pour cartographier de manière satisfaisante les systèmes géomorphologiques complexes et actifs que sont les bassins torrentiels. L'intérêt de cette méthode est qu'elle permet l'établissement d'une cascade sédimentaire, mais uniquement pour des systèmes où l'occurrence d'une lave torrentielle est contrôlé par le degré de remplissage en matériaux du chenal. Par ailleurs, le produit cartographique ne peut être directement utilisé pour la création de cartes de dangers - axées sur les zones de dépôt - mais revêt un intérêt pour la mise en place de mesures de correction et pour l'installation de systèmes de monitoring ou d'alerte.La deuxième partie de ce travail de recherche est consacrée à la cartographie géomorphologique. Une analyse a porté sur un échantillon de 146 cartes ou systèmes de légende datant des années 1950 à 2009 et réalisés dans plus de 40 pays. Cette analyse a permis de mettre en évidence la diversité des applications et des techniques d'élaboration des cartes géomorphologiques. - Debris flows are one of the most important vectors of sediment transfer in mountainous areas. Their hydro-geomorphological behaviour is conditioned by geological, geomorphological, topographical, hydrological, climatic and anthropic factors. European research in torrential systems has focused more on hydrological processes than on geomorphological processes acting as debris flow triggers. Nevertheless, the identification of sediment volumes that have the potential to be mobilised in small torrential systems, as well as the recognition of processes responsible for their mobilisation and transfer within the torrential system, are important in terms of land-use planning and natural hazard management. Moreover, a correlation between rainfall and debris flow occurrence is not always established and a number of debris flows seems to occur when a poorly understood geomorphological threshold is reached.A pragmatic methodology has been developed for mapping sediment storages that may constitute source zone of bed load transport and debris flows as a preliminary tool before quantifying their volumes. It is based on data directly derived from GIS analysis using high resolution DEM's, field measurements and aerial photograph interpretations. It has been conceived to estimate sediment transfer dynamics, taking into account the role of different sediment stores in the torrential system applying the concept of "sediment cascade" in a cartographic point of view.Sediment transfer processes were investigated in two small catchments in the Swiss Alps (Bruchi torrent, Blatten bei Naters and Meretschibach torrent, Agarn). Thorough field geomorphological mapping coupled with complementary measurements were conducted to estimate sediment fluxes and denudation rates, using various methods (reference coloured lines, wooden markers and terrestrial LiDAR). The proposed geomorphological mapping methodology is quite innovative in comparison with most legend systems that are not adequate for mapping active and complex geomorphological systems such as debris flow catchments. The interest of this mapping method is that it allows the concept of sediment cascade to be spatially implemented but only for supply-limited systems. The map cannot be used directly for the creation of hazard maps, focused on the deposition areas, but for the design of correction measures and the implementation of monitoring and warning systems.The second part of this work focuses on geomorphological mapping. An analysis of a sample of 146 (extracts of) maps or legend systems dating from the middle of the 20th century to 2009 - realised in more than 40 different countries - was carried out. Even if this study is not exhaustive, it shows a clear renewed interest for the discipline worldwide. It highlights the diversity of applications, techniques (scale, colours and symbology) used for their conception.

Three essays in financial economics: asset pricing, optimal portfolio selection and financial integration

Executive Summary The unifying theme of this thesis is the pursuit of a satisfactory ways to quantify the riskureward trade-off in financial economics. First in the context of a general asset pricing model, then across models and finally across country borders. The guiding principle in that pursuit was to seek innovative solutions by combining ideas from different fields in economics and broad scientific research. For example, in the first part of this thesis we sought a fruitful application of strong existence results in utility theory to topics in asset pricing. In the second part we implement an idea from the field of fuzzy set theory to the optimal portfolio selection problem, while the third part of this thesis is to the best of our knowledge, the first empirical application of some general results in asset pricing in incomplete markets to the important topic of measurement of financial integration. While the first two parts of this thesis effectively combine well-known ways to quantify the risk-reward trade-offs the third one can be viewed as an empirical verification of the usefulness of the so-called "good deal bounds" theory in designing risk-sensitive pricing bounds. Chapter 1 develops a discrete-time asset pricing model, based on a novel ordinally equivalent representation of recursive utility. To the best of our knowledge, we are the first to use a member of a novel class of recursive utility generators to construct a representative agent model to address some long-lasting issues in asset pricing. Applying strong representation results allows us to show that the model features countercyclical risk premia, for both consumption and financial risk, together with low and procyclical risk free rate. As the recursive utility used nests as a special case the well-known time-state separable utility, all results nest the corresponding ones from the standard model and thus shed light on its well-known shortcomings. The empirical investigation to support these theoretical results, however, showed that as long as one resorts to econometric methods based on approximating conditional moments with unconditional ones, it is not possible to distinguish the model we propose from the standard one. Chapter 2 is a join work with Sergei Sontchik. There we provide theoretical and empirical motivation for aggregation of performance measures. The main idea is that as it makes sense to apply several performance measures ex-post, it also makes sense to base optimal portfolio selection on ex-ante maximization of as many possible performance measures as desired. We thus offer a concrete algorithm for optimal portfolio selection via ex-ante optimization over different horizons of several risk-return trade-offs simultaneously. An empirical application of that algorithm, using seven popular performance measures, suggests that realized returns feature better distributional characteristics relative to those of realized returns from portfolio strategies optimal with respect to single performance measures. When comparing the distributions of realized returns we used two partial risk-reward orderings first and second order stochastic dominance. We first used the Kolmogorov Smirnov test to determine if the two distributions are indeed different, which combined with a visual inspection allowed us to demonstrate that the way we propose to aggregate performance measures leads to portfolio realized returns that first order stochastically dominate the ones that result from optimization only with respect to, for example, Treynor ratio and Jensen's alpha. We checked for second order stochastic dominance via point wise comparison of the so-called absolute Lorenz curve, or the sequence of expected shortfalls for a range of quantiles. As soon as the plot of the absolute Lorenz curve for the aggregated performance measures was above the one corresponding to each individual measure, we were tempted to conclude that the algorithm we propose leads to portfolio returns distribution that second order stochastically dominates virtually all performance measures considered. Chapter 3 proposes a measure of financial integration, based on recent advances in asset pricing in incomplete markets. Given a base market (a set of traded assets) and an index of another market, we propose to measure financial integration through time by the size of the spread between the pricing bounds of the market index, relative to the base market. The bigger the spread around country index A, viewed from market B, the less integrated markets A and B are. We investigate the presence of structural breaks in the size of the spread for EMU member country indices before and after the introduction of the Euro. We find evidence that both the level and the volatility of our financial integration measure increased after the introduction of the Euro. That counterintuitive result suggests the presence of an inherent weakness in the attempt to measure financial integration independently of economic fundamentals. Nevertheless, the results about the bounds on the risk free rate appear plausible from the view point of existing economic theory about the impact of integration on interest rates.

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Protein destabilization by mutations or external stresses may lead to misfolding and aggregation in the cell. Often, damage is not limited to a simple loss of function, but the hydrophobic exposure of aggregate surfaces may impair membrane functions and promote the aggregation of other proteins. Such a "proteinacious infectious" behavior is not limited to prion diseases. It is associated to most protein-misfolding neurodegenerative diseases and to aging in general. With the molecular chaperones and proteases, cells have evolved powerful tools that can specifically recognize and act upon misfolded and aggregated proteins. Whereas some chaperones passively prevent aggregate formation and propagation, others actively unfold and solubilize stable aggregates. In particular, ATPase chaperones and proteases serve as an intracellular defense network that can specifically identify and actively remove by refolding or degradation potentially infectious cytotoxic aggregates. Here we discuss two types of molecular mechanisms by which ATPase chaperones may actively solubilize stable aggregates: (1) unfolding by power strokes, using the Hsp100 ring chaperones, and (2) unfolding by random movements of individual Hsp70 molecules. In bacteria, fungi, and plants, the two mechanisms are key for reducing protein damages from abiotic stresses. In animals devoid of Hsp100, Hsp70 appears as the core element of the chaperone network, preventing the formation and actively removing disease-causing protein aggregates.

The importance of host spatial distribution for parasite specialization and speciation: a comparative study of bird fleas (Siphonaptera : Ceratophyllidae)

1. The environment of parasites is determined largely by their hosts. Variation in host quality, abundance and spatial distribution affects the balance between selection within hosts and gene flow between hosts, and this should determine the evolution of a parasite's host-range and its propensity to locally adapt and speciate. 2. We investigated the relationship between host spatial distribution and (1) parasite host range, (2) parasite mobility and (3) parasite geographical range, in a comparative study of a major group of avian ectoparasites, the birds fleas belonging to the Ceratophyllidae (Siphonaptera). 3. Flea species parasitizing colonial birds had narrower host ranges than those infesting territorial nesters or birds with an intermediate level of nest aggregation. 4. The potential mobility and geographical ranges of fleas decreased with increasing level of aggregation of their hosts and increased with the fleas' host ranges. 5. Birds with aggregated nest distribution harboured more flea species mainly due to a larger number of specialists than solitarily nesting hosts. 6. These results emphasize the importance of host spatial distribution for the evolution of specialization, and for local adaptation and speciation in Ceratophyllid bird fleas.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management