Mortalités de moules bleues dans les Pertuis Charentais: description et facteurs liés – MORBLEU

Depuis 2014, des surmortalités anormales affectent les cheptels mytilicoles tant adultes que juvéniles avec des mortalités massives pouvant atteindre 100% (Béchemin et al. 2015). Les objectifs généraux de ce projet sont d’identifier des facteurs potentiellement corrélés avec les mortalités de moules observées dans les Pertuis Charentais: facteurs environnementaux biotiques, abiotiques et hydrodynamiques) et facteurs intrinsèques aux animaux (traits d'histoire de vie, qualité cytogénétique et physiologie). Après une introduction bibliographique complète, différentes questions sont ici abordées. 1. Historique des mortalités 2014-2015 ? Grâce { différentes sources d’information nous avons pu retracer les évènements de mortalités de 2014 et 2015 et valider l’échantillonnage réalisé en 2015 dans Morbleu (au niveau temporel et spatial). 2. Les mortalités 2014 et 2015 sont-elles exceptionnelles ? Existe-t-il un lien avec les fluctuations environnementales ? Pour cela, nous avons porté un regard rétrospectif sur 15 années de données acquises dans les réseaux portés par Ifremer afin de définir un niveau de mortalité « anormale » et d’explorer de potentiels liens avec les fluctuations environnementales. Nous avons pu observer que (1) les épisodes de mortalités de 2014 et 2015 peuvent être qualifiés d’exceptionnels, (2) ils sont survenus dans des conditions climatiques plutôt chaudes et pluvieuses associées à des indices de diversité phytoplanctoniques bas (nombre de taxons et équilibre quantitatif entre ces taxons). 3. Dans quelles conditions les mortalités de moules sont-elles survenues en 2015 ? Nous présentons ici dispositif mis en place sur nos 4 sites ateliers (Filière, Boyard, Eperon et Loix) et l’ensemble des échantillons et mesures collectées (environnement abiotique ou biotique, ou connectivité hydrodynamique des masses d’eaux). Cette action de recherche a nécessité 16 campagnes et aboutit à la bancarisation de 805 échantillons, certains prévelés au cours des mortalités observées sur les animaux déployés. Les mortalités observées en 2015 sont survenues dans un contexte environnemental abiotique différent de celui observé en 2014 (absence de dessalure comparable à celles observées en 2014, différence dans la contribution relative des fleuves aux masses d’eau). Néanmoins, les conditions hydrodynamiques et la connectivité entre les sites du Pertuis Breton et les côtes vendéennes sont quant à elle comparables entre ces 2 années. 4. Quelle(s) ont été la(les) espèce(s) ou population(s) de moules affectée(s) ? Différentes espèces et populations étant présentes sur les côtes française, nous avons cherché à préciser les ascendances génétiques sur des animaux moribonds et vivants prélevés (MORBLEU et mortalité déclarées MYTILOBS-2). Pour 99% d’entre eux, les animaux analysés ont pu être affiliés au fond génétique M. edulis européen du Golf de Gascogne. Toutefois la présence d’ascendance trossulus sur certains individus est à considérer. Avec les marqueurs utilisés, aucune différence génétique entre les animaux moribonds et survivants n’a pas être observée, les mortalités touchant certains hybrides edulis/galloprovincialis en proportion identique à celle de M. edulis. 5. Quelle était la qualité cytogénétique des animaux en 2015 ? Pourrait-il exister un lien avec les mortalités observées ? Nous avons échantillonné des animaux prélevés sur 7 sites mytilicoles avant et après la mortalité de l’année 2015. Les analyses de la qualité cytogénétique de ces animaux est toujours en cours. 6. Ces animaux étaient-ils dans des conditions physiologiques particulières ? des échantillons de moules vivantes, collectés avant, après et au cours des mortalités, sur des sites impactés et peu/pas impactés ont été analysés par une approche transcriptomique à haut débit (RNA-seq). L’échantillonnage 2015 ayant été tardif dans l’année (prélèvements jusqu’en juillet 2015), la réalisation de l’approche transcriptomique a été retardée. Le traitement des données de séquençage est encore en cours d’analyse. Ainsi cette année nous a permis (1) de confronter les données environnementales à 15 années de mesures, (2) de mettre en place un dispositif et d’échantillonner au cours d’un épisode de mortalité, (3) de préciser le fond génétique des animaux affectés. Cependant les prélèvements ayant été tardifs, de nombreuses analyses sont encore en cours de traitement.

Maltreatment and Juvenile Delinquency Among Crossover Youth

Objectif. Les jeunes crossover sont définis comme des adolescents qui sont à la fois victimes de maltraitance et délinquants juvéniles. L'objectif de ce mémoire est d’examiner les relations entre les paramètres de la maltraitance (ex., récurrence, sous-types et variété) et les paramètres de la délinquance juvénile (ex., précocité, volume, variété, gravité moyenne et présence de sous-types) vécus par les jeunes crossover. Méthodes. La source des données est constituée de rapports officiels pour tous les adolescents et adolescentes québécois qui ont plaidé coupables ou ont été reconnus coupables d'un crime entre le 1e janvier 2005 et le 31 décembre 2010. D'abord, un portrait des jeunes crossover québécois est dressé à l’aide de statistiques descriptives. Ensuite, des analyses multivariées sont utilisées pour déterminer si les paramètres de la maltraitance prédisent les différentes dimensions de la délinquance et pour examiner les différences selon le sexe. Résultats. La délinquance des jeunes crossover est plus importante que celle des délinquants non-maltraités. Les expériences différentielles de la maltraitance sont liées à des paramètres hétérogènes de la délinquance juvénile. La récurrence de la maltraitance est un prédicteur important des paramètres de la délinquance ultérieure. De plus, la maltraitance est particulièrement influente sur la délinquance des garçons. Implications. Les interventions au sein des systèmes de la protection de la jeunesse et de la justice juvénile doivent être adaptées afin d'identifier les jeunes à risque de délinquance grave, de cibler les dimensions spécifiques de la maltraitance et d’entraver leurs liens à la délinquance ultérieure. L'intervention doit être privilégiée pour les victimes de multiples incidents de maltraitance et pour les garçons victimes de maltraitance.

Stimulation of bacterial exoproteolytic activity by fish farming in coastal marine ponds: Effect on dissolved protein cycling

The effect of fish farming on dissolved amino acid concentrations, bacterioplankton abundance and exoproteolytic activity was assessed in 3 experimental marine ponds. Different standing stocks of fish were introduced (semi-intensive pond: 250 g.m(-2); semi-extensive pond: 50 g.m(-2) control pond: 0). Sea bass farming increased dissolved combined amino acid (DCAA) concentrations only in the semi-intensive pond. Bacterial standing stock was unaffected by fish food supply. However, bacterial exoproteolytic activity was strongly stimulated by aquaculture intensification; the average maximal rate of dissolved protein hydrolysis (V-m) increased with intensity (control pond: 1 500 nM.h(-1); semi-extensive pond: 2 600 nM.h(-1) semi-intensive pond: 5 100 nM.h(-1)). DCAA fluxes through bacterial exoproteolytic activity ranged between 16 (semi-extensive) and 11% (semi-intensive) of the daily nitrogen input by fish food. Bacterial exoproteolytic activity allowed a substantial part of the increased supply of dissolved amino nitrogen to be incorporated into bacterial biomass, then available for transfer to higher trophic levels within the ponds. It also significantly decreased dissolved organic nitrogen export from the ponds to the surrounding environment.

Ecological effects of flow and temperature regimes on fish communities in temperate rivers

Les organismes aquatiques sont adaptés à une grande variabilité hydrique et thermique des rivières. Malgré ceci, la régulation des eaux suscite des changements aux débits qui peuvent provoquer des impacts négatifs sur la biodiversité et les processus écologiques en rivière. Celle-ci peut aussi causer des modifications au niveau des régimes thermiques et des caractéristiques de l’habitat du poisson. Des données environnementales et biologiques décrivant l’habitat du poisson existent, mais elles sont incomplètes pour plusieurs rivières au Canada et de faible qualité, limitant les relations quantitatives débit-température-poissons à un petit nombre de rivières ou à une région étudiée. La recherche menée dans le cadre de mon doctorat concerne les impacts de la génération d'hydroélectricité sur les rivières; soit les changements aux régimes hydriques et thermiques reliés à la régulation des eaux sur la variation des communautés ichtyologiques qui habitent les rivières régulées et naturelles au Canada. Suite à une comparaison d’échantillonnage de pêche, une méthode constante pour obtenir des bons estimés de poisson (richesse, densité et biomasse des espèces) a été établie pour évaluer la structure de la communauté de poissons pour l’ensemble des rivières ciblées par l’étude. Afin de mieux comprendre ces changements environnementaux, les principales composantes décrivant ces régimes ont été identifiées et l’altération des régimes hydriques pour certaines rivières régulées a été quantifiée. Ces résultats ont servi à établir la relation significative entre le degré de changement biotique et le degré de changement hydrique pour illustrer les différences entre les régimes de régulation. Pour faire un complément aux indices biotiques déjà calculés pour l’ensemble des communautés de poissons (diversité, densité et biomasse des espèces par rivière), les différences au niveau des guildes de poissons ont été quantifiées pour expliquer les divers effets écologiques dus aux changements de régimes hydriques et thermiques provenant de la gestion des barrages. Ces derniers résultats servent à prédire pour quels traits écologiques ou groupes d’espèces de poissons les composantes hydriques et thermiques sont importantes. De plus, ces derniers résultats ont servi à mettre en valeur les variables décrivant les régimes thermiques qui ne sont pas toujours inclues dans les études hydro-écologiques. L’ensemble des résultats de cette thèse ont des retombées importantes sur la gestion des rivières en évaluant, de façon cohérente, l’impact de la régulation des rivières sur les communautés de poissons et en développant des outils de prévision pour la restauration des écosystèmes riverains.

Lecture des incrémentations journalières sur des otolithes d’anchois adulte : Pourquoi et comment faire ?

La population d’anchois du Golfe de Gascogne présente une grande variabilité dans le recrutement de jeunes individus à la population, si bien que le stock a quasiment disparu en 2005. Bien qu’aujourd’hui la population soit revenue à un niveau démographique satisfaisant, les mécanismes qui interviennent dans le succès du recrutement sont toujours mal connus. Le but de cette étude est d’estimer plus précisément un intervalle de temps, à l’intérieur de la période de ponte de l’anchois européen, dans lequel sont nés des anchois d’un an, donc recrutés à la population. La détermination d’âge annuel des poissons par la lecture des otolithes est commune, mais le rétro-calcul de la date d’éclosion d’individus adulte par lecture des stries journalières n’a, à ce jour, fait l’objet d’aucune publication. Nous mettons donc en évidence, sur des otolithes d’anchois échantillonnés lors de PELGAS 2004, la faisabilité d’une telle méthode. Les résultats obtenus indiquent, pour l’année concernée, un recrutement qui a lieu sur une courte période de temps (un mois), et en dehors du pic de ponte. De plus, la taille des individus d’un an, très variable, ne dépendrait pas de leur nombre de jours de croissance. Ces premiers résultats, obtenus par une méthode inédite, posent les bases d’une réflexion sur les premiers stades de vie de l’anchois et les facteurs qui régissent sa croissance et sa probabilité de recrutement à la population.

Sources de variation intra-populationelle de la morphologie des otolithes: asymétrie directionnelle et régime alimentaire

Otoliths are calcified structures located in Osteichthyes’ inner ear that are involved in audition and balance. Their morphology is used as an indicator of various ecological processes or properties. This application requires identifying the endogenous and exogenous factors that act simultaneously as sources of shape variation. This thesis aims at detecting and quantifying the relative contributions of directional asymmetry and diet to otolith shape variation at the intra-population level. Directional asymmetry between left and right otoliths was found in flat-fishes, the blind-side otolith being always longer and larger, whereas it was negligible in round-fishes. However, asymmetry amplitude never exceeded 18 %, which suggests evolutionary canalization of otolith shape symmetry. A correlation between global diet and otolith was detected in 4 species studied in situ. Diet composition contributed more than food amount to morphological variation and affected otolith shape both globally and locally. An experimental study on sea bass (Dicentrarchus larbrax) showed that diet composition in terms of essential polyunsaturated fatty acids at larval stage affects otolith morphogenesis during juvenile stage without impacting on individuals’ somatic growth. This result suggests a direct effect of diet on otolith shape and not an indirect one through the somatic-otolith growth relationship. This effect disappeared at later stages, morphogenetic trajectories converging back to a similar shape, which suggests ontogenetic canalization of otolith shape.

Les impacts de mitochondries étrangères sur le phénotype : une étude holistique chez le ventre rouge du nord Chrosomus eos

Les organismes cybrides souffrent généralement d'une altération de la spécificité des interactions mito-nucléaires, résultant en une détérioration du phénotype. Toutefois, diverses études démontrent que le transfert de mitochondries peut occasionnellement être positif. À l'heure actuelle, de nombreuses questions demeurent quant au degré d'influence de ces transferts sur les différents niveaux d'organisation du phénotype. Afin de répondre à ces questions, les formes sauvages et cybrides du poisson Chrosomus eos sont étudiées. Ainsi, le premier volet de ce projet de recherche démontre un impact des mitochondries Chrosomus neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype des poissons C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont retrouvées en allopatrie. Le deuxième volet de cette thèse révèle, quant à lui, que ces modifications phénotypiques ne sont pas suffisantes pour induire un évènement de spéciation entre les deux biotypes, lorsqu'en sympatrie. De plus, cette étude suggère que la coévolution mito-nucléaire peut ne pas être une condition sine qua non à la perpétuation des individus en milieu naturel. Finalement, l'approche holistique considérée dans le troisième volet de cette recherche atteste de l'influence des mitochondries C. neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype de C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont sympatriques. Cette influence est moins prononcée que celle observée à partir de biotypes allopatriques. Combinés, ces chapitres contribuent à une meilleure compréhension des liens existant entre les mitochondries et le phénotype d'un individu.

Directive Cadre sur l’Eau : les pressions anthropiques et leur impact sur les indicateurs de l’état écologique des masses d’eau littorales de la façade Manche-Atlantique. Synthèse bibliographique

Within the European water framework directive (WFD), the status assessment of littoral waters is based both on the chemical quality and on the ecological quality of each water body. Quality elements enabling to assess the ecological status of a water body are, among other things, biological quality elements (phytoplankton, macroalgae, angiosperms, benthic invertebrates, fish), for each of which the member states have developed quantitative indicators. This document is one of the deliverables of a multi-annual study intended to characterize the sensitivity of these biological indicators towards the various anthropogenic pressures exerted on the French Atlantic and Channel coast: ultimately, the goal is to establish a quantitative and predictive relationship, statistically robust, between the WFD indicators used along the French channel and Atlantic coastline, and various anthropogenic pressures acting on these coasts. The aim of the WFD is indeed to restore or maintain a good chemical and biological quality of coastal waters, and thus to limit the impact of human activities potentially responsible for the degradation of ecosystems. This understanding of the linkages and interactions existing between anthropogenic pressures and ecological status of water bodies is therefore essential to identify priorities for action (challenges, substances ...), prioritize actions to implement within restoration programs (technical, fiscal, financial), but also to be able to communicate constructively and persuasively in talks between managers and the various stakeholders of coastal regions. Using the DPSIR methodology, this literature analysis has permitted to identify, for each WFD biological quality element (except fish), which pressures (or pressure types) are potentially relevant in the light of their impact on the indicators of the ecological status of water bodies. Some metrics and indicators of anthropogenic pressures used in the literature to characterize the sensitivity of the biological quality elements, within quantitative approaches, were also identified. It is also clear from this review that the biological quality elements can be particularly sensitive to intrinsic environmental conditions, and therefore to certain changes related to natural phenomena occurring at large scales (e.g. climate change, paroxysmal climate episode...). Therefore, when one is interested in the sensitivity of biological indicators to different anthropogenic pressures, two factors can complicate the analysis and are likely to weaken the resulting statistical relationships: on the one hand, the variability of biological responses depending on the natural context and, on the other hand, interactions (so called synergistic effects) between different types of anthropogenic pressures and the alterations they can generate.

Directive Cadre sur l’Eau : les pressions anthropiques et leur impact sur les indicateurs de l’état écologique des masses d’eau littorales de la façade Manche-Atlantique - Développement d’une base de données quantitatives sur les pressions anthropiques littorales

Within the European water framework directive (WFD), the status assessment of littoral waters is based both on the chemical quality and on the ecological quality of each water body. Quality elements enabling to assess the ecological status of a water body are, among other things, biological quality elements (phytoplankton, macroalgae, angiosperms, benthic invertebrates, fish), for each of which member states have developed quantitative indicators. This document compiles three deliverables of a multi-annual study intended to characterize the sensitivity of these biological indicators regarding the various anthropogenic pressures exerted on the French Atlantic and Channel coast: ultimately, the goal is to establish a quantitative and predictive relationship, statistically robust, between the WFD indicators used along the French channel and Atlantic coastline, and various anthropogenic pressures acting on these coasts. These three deliverables are the following : - The reports of various interviews performed with French national referents for the biological quality elements used within the littoral part of the WFD in Channel and Atlantic (phytoplankton, subtidal and intertidal macroalgae, opportunistic blooming macroalgae, angiosperms and benthic invertebrates). These interviews aimed to specify, for each metric constitutive of the BQE indicator (if multi-metric), the "relevant" pressures, as well as the trend of this impact, - Sheets describing the "pressure" and "environment" data available, in order to characterize spatially and quantitatively these "relevant" anthropogenic pressures acting on French Channel and Atlantic coast, - A progress report dealing with the development of a database tool, for archiving quantitative data characterizing "relevant" littoral anthropogenic pressures.

Intérêt biogéographique de la côte basque rocheuse

During recent decades, works on rocky shore biodiversity have been multiplied in the southern part of the Bay of Biscay and more precisely on intertidal and subtidal area were communities present a great interest. Necessity of conservation of coastal habitats and their communities and a growing pressure on coastal environments explain awareness of services provided by these ecosystems. Those communities are very sensitive to water quality change. Moreover, since the beginning of the XXI century various European directives require a good ecological status of coastal waters and conservation of their communities : Water Framework Directive (WFD), Marine Strategy Framework Directive (MSFD) and conservation of habitats with Directive Habitat Fauna and Flora (DHFF).... Integrated environmental status assessment approach is needed for this requirement in front of specific component at the regional scale of the Bay of Biscay. This analyze, at this regional scale, bring a particular interest to follow some biological groups in front of their ecological sensitivity. Among them, some example are listed like algae, invertebrate as species of mollusc opistobranch and fishes of the family blennidae are targets of interest for future monitoring. The biogeographic specificity of species of these groups is to present strong ecological requirements, in a trophic point of view for example, as well as boundary in local distribution in the southern part of the Bay of Biscay. Thus, monitoring of their distribution and abundance should be a relevant indicator of environmental change. If the presence of individuals is relatively easy to implement, monitoring in terms of abundance are more complex to develop to obtain representative data in coastal areas. The mobile character of the individual and their high location variability based on fluctuating environmental conditions is a challenge that needs to be considered. Interest concerns both the development of their number and their migration to the north for species in northern limit, and/or disappearance for species in southern distribution limits. Moreover, acquisition of knowledge on the taxonomy of local species is a way to improve biodiversity knowledge and assessment of global change as climatic change.

Biodiversité halieutique : impacts de la pêche et des changements climatiques - Conséquences économiques pour les pêcheries

Les actions de recherche synthétisées dans ce document ont été menées en partenariat avec des halieutes, écologues marins, statisticiens, modélisateurs et économistes ; partenaires au sein de l’Ifremer, d’organismes de recherche - IRD, CNRS, Institut National de Recherche Halieutique du Maroc - , et d’Enseignement Supérieur - Université de Bretagne Occidentale, Université du Littoral Côte d’Opale, Ecole Nationale d’Ingénieur de Brest, Université des Antilles et de la Guyane. Ces actions ont permis de consolider une communauté pluri-disciplinaire nationale pour aborder les questions de l’analyse intégrée et de la modélisation à l’échelle écosystémique de la durabilité écologique et économique de l’exploitation des ressources halieutiques dans un contexte climatique changeant. Elles ont permis par ailleurs une première application formelle significative au sein de l’Ifremer, de l’approche écosystémique des pêches en contexte tropical (Guyane) et la formalisation du concept de "Biodiversité Halieutique". Les méthodes d’analyse utilisées ont en premier lieu été développées pour le cas du plateau continental du Golfe de Gascogne. Ces méthodes ont ensuite été étendues et appliquées à d’autres plateaux continentaux dont les caractéristiques étaient très différentes en termes climatique, de fonctionnement physique, bio-géographique, d’exploitation halieutique, économique et de gestion de la pêche : au Maroc dans la zone sous influence d’un up-welling, et en Guyane sous l’influence de l’estuaire de l’Amazone. Des actions lancées en 2009 et en 2010, reprennent ces méthodes pour des cas d’application à un autre plateau continental, dans la région tropicale du nord de l’Australie, et pour des cas en zones littorales, en Guyane et aux îles Salomon. Les principaux résultats obtenus sont i) l’identification de changements dans la structure des peuplements de poissons de fond : l’analyse de l’évolution temporelle des caractéristiques des peuplements de fond notamment en terme de taille individuelle, de niveau trophique, d’affinité thermique des espèces (origine biogéographique) a montré l’existence d’effets conjoints de la pêche (sur-exploitation et effets écosystémiques) et des changements climatiques, en région tempérée comme en région tropicale ; ii) l’identification de changements dans la structure en espèce des débarquements des pêcheries à l’échelle des dernières décennies, ainsi que la diminution de leur valeur économique totale, à la fois conséquence des changements dans les peuplements mais conséquence aussi des changements intervenus dans les marchés internationaux des produits de la mer ; iii) Le poids des différents facteurs (pêche, climat, marchés…) est variable selon les cas d’étude, mais ceux qui sont décrits ici sont ceux, communs aux différents systèmes, qui semblent prépondérants ; iv) l’adaptation de modèles existants ainsi que le développement de nouveaux modèles maintenant opérationnels, depuis des échelles permettant une utilisation en terme d’expertise et de recommandation de gestion des pêcheries à court terme, jusqu’à des échelles permettant des projections exploratoires à long terme visant à comprendre les effets conjoints du climat, de la pêche et des marchés.

Analyse du compartiment mésozooplanctonique et écologie alimentaire printanière de la sardine, Sardina pilchardus (Walbaum, 1782), et de l’anchois, Engraulis encrasicolus (Linné, 1758) adultes dans le Golfe de Gascogne

Dietary studies of marine species constitute an important key to improve the understanding of its biology and of its role in the ecosystem. Thus, prey-predator relationships structure and determine population dynamics and the trophic network at the ecosystem scale. Among the major study sites, the marine ecosystem is submitted to natural and anthropogenic constraints. In the North-Eastern part of the Atlantic Ocean, the Bay of Biscay is a large open area surrounded South by Spain and East by France. This bay is an historic place of intense fishery activities for which the main small pelagic species targeted are the pilchard, Sardina pilchardus and the anchovy, Engraulis encrasicolus. The aim of this work is to analyze the trophic ecology of these two small pelagic fish in spring in the Bay of Biscay. To do this, a first section is devoted to their prey composed by the mesozooplanktonic compartment, through a two-fold approach: the characterization of their spatio-temporal dynamics during the decade 2003-2013 and the measurement of their energetic content in spring. For this season, it appears that all prey types are not worth energetically and that the Bay of Biscay represents a mosaic of dietary habitat. Moreover, the spring mesozooplankton community presents a strong spatial structuration, a temporal evolution marked by a major change in abundance and a control by the microphytoplankton biomass. The second section of this work is relative to a methodological approach of the trophic ecology of S. pilchardus and E. encrasicolus. Three different trophic tracers have been used: isotopic ratios of carbon and nitrogen, parasitological fauna and mercury contamination levels. To improve the use of the first of these trophic tracers, an experimental approach has been conducted with S. pilchardus to determine a trophic discrimination factor. Finally, it appears that the use of these three trophic tracers has always been permitted to highlight a temporal variability of the relative trophic ecology of these fish. However, no spatial dynamics could be identified through these three trophic tracers.

Étude sur la sécurité dynamique : le cas de Cité-des-Prairies

Travail dirigé présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l’obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.) en criminologie option sécurité intérieure

Étude sur la sécurité dynamique : le cas de Cité-des-Prairies

Travail dirigé présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l’obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.) en criminologie option sécurité intérieure

Induction optimale d'hypothermie par ventilation liquidienne totale : validation expérimentale et projection à l'humain

La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à remplir les poumons d'un liquide perfluorocarbone (PFC). Un respirateur liquidien assure la ventilation par un renouvellement cyclique de volume courant de PFC oxygéné et à température contrôlée. Ayant une capacité thermique volumique 1665 fois plus élevée que l'air, le poumon rempli de PFC devient un échangeur de chaleur performant avec la circulation pulmonaire. La température du PFC inspiré permet ainsi de contrôler la température artérielle, et par le fait même, le refroidissement des organes et des tissus. Des résultats récents d'expérimentations animales sur petits animaux ont démontré que le refroidissement ultra-rapide par VLT hypothermisante (VLTh) avait d'importants effets neuroprotecteurs et cardioprotecteurs. Induire rapidement et efficacement une hypothermie chez un patient par VLTh est une technique émergente qui suscite de grands espoirs thérapeutiques. Par contre, aucun dispositif approuvé pour la clinique n'est disponible et aucun résultat de VLTh sur humain n'est encore disponible. Le problème se situe dans le fait de contrôler la température du PFC inspiré de façon optimale pour induire une hypothermie chez l'humain tout en s'assurant que la température cardiaque reste supérieure à 30 °C pour éviter tout risque d'arythmie. Cette thèse présente le développement d'un modèle thermique paramétrique d'un sujet en VLTh complètement lié à la physiologie. Aux fins de validation du modèle sur des ovins pédiatriques et adultes, le prototype de respirateur liquidien Inolivent pour nouveau-né a dû être reconçu et adapté pour ventiler de plus gros animaux. Pour arriver à contrôler de façon optimale la température du PFC inspiré, un algorithme de commande optimale sous-contraintes a été développé. Après la validation du modèle thermique du nouveau-né à l'adulte par expérimentations animales, celui-ci a été projeté à l'humain. Afin de réduire le temps de calcul, un passage du modèle thermique en temps continu vers un modèle discret cycle-par-cycle a été effectué. À l'aide de la commande optimale et du développement numérique d'un profil de ventilation liquidienne chez des patients humains, des simulations d'induction d'hypothermie par VLTh ont pu être réalisées. La validation expérimentale du modèle thermique sur ovins nouveau-nés (5 kg), juvéniles (22 kg) et adultes (61 kg) a montré que celui-ci permettait de prédire les températures artérielles systémiques, du retour veineux et rectales. La projection à l'humain a permis de démontrer qu'il est possible de contrôler la température du PFC de façon optimale en boucle ouverte si le débit cardiaque et le volume mort thermique sont connus. S'ils ne peuvent être mesurés, la commande optimale pour le pire cas peut être calculée rendant l'induction d'hypothermie par VLTh sécuritaire pour tous les patients, mais diminuant quelque peu les vitesses de refroidissement.