Genetic and maternal contributions to offspring viability under different environmental conditions in various salmonids

Summary : Due to anthropogenic impacts and natural fluctuations, fish usually have to cope with constantly changing and often hostile environments. Whereas adult fish have various possibilities to counteract unfavourable environmental conditions, embryos have much fewer options. Besides by their developing immune system, they are protected by the egg envelopes and several immune substances provided by their mothers. In addition to this, they may also adjust their hatching timing in reaction to various risks. However, individuals may vary in their defensive potential. This variation may be either based on their genetics and/or on differential maternal investments and may be dependent on the experienced stress. Nevertheless, in fish, the impact of such parental contributions on embryo and/or juvenile viability is still poorly investigated. The main objective of this thesis was to investigate the importance of paternal (i.e. genetic) and maternal (i.e. genetic + egg investment) contributions to offspring viability under different environmental conditions and at different life stages. In order to investigate this, we used gametes of various salmonids for in vitro fertilisation experiments based on full-factorial breeding designs. The individual studies are summarised in the following chapters: In the first chapter, we tested the effectiveness of the embryonic immune system in Lake whitefish (Coregonus palaea). Namely, we investigated paternal and maternal contributions to the embryos' tolerance to different kinds of pathogen exposure. Additionally, we tested whether an early sub-léthal exposure has a positive or a negative effect on an embryo's susceptibility to later pathogen exposures with the same pathogen. We found that pre-challenged embryos were more susceptible to future challenges. Moreover, pathogen susceptibility was dependent on maternal investments and/or the embryos' own genetics, depending on the challenge level. Chapter 2 summarises a similar study with brown trout (Salmo trutta). In addition to the previously described investigations, we analysed if genetic effects on offspring viability are mediated either by parental MHC genotypes or relatedness based on neutral microsatellite markers, and we tested if males signal their genetic quality either by their body size or their melanin-based skin colouration. We found that embryo survival was lower at higher stress levels and dependent on the embryos' genetics. Addirionally, parents with similar and/or, very common MHC genotypes had higher offspring viabilities. Finally, darker males produced more viable offspring. In the first two chapters we investigated the embryos' defensive potential based on their immune system, i.e. their pathogen tolerance. In chapter 3 we investigate whether hatching timing of Lake whitefìsh (C. palaea) is dependent on parental contributions and/or on pathogen pressure, and whether there are parental-environmental interactions. We found that whitefish embryos hatch earlier under increasing pathogen pressure. Moreover, hatching timing was affected by embryo genetics and/or maternally provided resources, but the magnitude of the effect was dependent on the pathogen. pressure. We also found a significant paternal-environmental interaction, indicating that the hatching efficiency of a certain sib group is dependent on the pathogen environment. Chapter 4 describes an analogous study with brown trout (S. trutta), with similar findings. In the former chapters, we only looked at offspring performance during the embryonic period, and only under semi-natural conditions. In chapter 5 we now test the performance and viability of embryonic and juvenile brown trout (S. trutta) under natural conditions. To measure embryo viability, we put them in brood boxes, buried them in the gravel of a natural river, and analysed survival after several months. To investigate juvenile survival and performance, wé reared embryos under different stress levels in the laboratory and subsequently released the resulting hatchlings in to a closed river section. Juvenile size and survival was then determined one year later. Additionally, we investigated if sires differ in their genetic quality, determined by embryo and juvenile survival as well as juvenile size, and if they signal their quality by either body size or melanin-based body darkness. We found hat juvenile size was dependent on genetic effects and on maternal investment, whereas this was neither the case for embryo nor for juvenile survival. Additionally, we found that offspring of darker males grew larger, and larger juveniles had also an increased survival. Finally, we found acarry-over effect of the early non-lethal challenge: exposing embryos to higher stress levels resulted in smaller juveniles. To evaluate the long-term performance of differently treated groups, mark-recapture studies are inevitable. For this purpose, effective mass-marking techniques are essential. In chapter 6 we tested the suitability of the fluorescent pigment spray marking method for the mass marking of European graylings (Thymallus thymallus), with very promising results. Our in vitro fertilisation studies on whitefish may reveal new insights on potential genetic benefits of mate choice, but the mating system of whitefish under natural conditions is still poorly investigated. In order to study this, we installed underwater cameras at the spawning place of a Coregonus suidteri population, recorded the whole mating period and subsequently analysed the recordings. Confirmations of previous findings as well as exciting new observations are listed and discussed in chapter 7. Dus aux impacts anthropogéniques et aux fluctuations naturelles, les poissons doivent faire face à des environnements en perpétuel changement. Ces changements font que les poissons doivent s'adapter à de nouvelles situations, souvent hostiles pour eux. Les adultes ont différentes possibilités d'échapper à un environnement peu favorable, ce n'est par contre pas le cas des embryons. Les embryons sont protégés d'une part par leur système immunitaire en développement, d'autre part, par la coquille de l'eeuf et différentes substances immunitaires fournies par leur mère. De plus, ils sont capables d'influencer leur propre date d'éclosion en réponse à différents facteurs de stress. Malgré tout, les individus varient dans leur capacité à se défendre. Cette variation peut être basé sur des facteurs génétiques et/ou sur des facteurs maternels, et est dépendante du stress subi. Néanmoins, chez les poissons, l'impact de telles contributions parentales sur la survie d'embryons et/ou juvéniles est peu étudié. L'objectif principal de cette thèse a été d'approfondir les connaissances sur l'importance de la contribution paternelle (c.a.d. génétique) et maternelle (c.a.d. génétique + investissement dans l'oeuf) sur la survie des jeunes dans différentes conditions expérimentales et stades de vie. Pour faire ces analyses, nous avons utilisé des gamètes de divers salmonidés issus de croisements 'full-factorial'. Les différentes expériences sont résumées dans les chapitres suivants: Dans le premier chapitre, nous avons testé l'efficacité du système immunitaire des embryons chez les corégones (Coregonus palea). Plus précisément nous avons étudié la contribution paternelle et maternelle à la tolérance des embryons à différents niveaux de stress pathogène. Nous avons aussi testé, si une première exposition non létale à un pathogène avait un effet positif ou négatif sur la susceptibilité d'un embryon a une deuxième exposition au même pathogène. Nous avons trouvé que des embryons qui avaient été exposés une première fois étaient plus sensibles au pathogène par la suite. Mais aussi que la sensibilité au pathogène était dépendante de l'investissement de la mère et/ou des gènes de l'embryon, dépendamment du niveau de stress. Le deuxième chapitre résume une étude similaire avec des truites (Salmo truffa). Nous avons examiné, si la survie des jeunes variait sous différentes intensités de stress, et si la variance observée était due aux gènes des parents. Nous avons aussi analysé si les effets génétiques sur la survie des juvéniles étaient dus au MHC (Major Histocompatibility Complex) ou au degré de parenté des parents. De plus, nous avons analysé si les mâles signalaient leur qualité génétique par la taille du corps ou par leur coloration noire, due à la mélanine. On a trouvé que la survie des embryons était plus basse quand le niveau de stress était plus haut mais que la variation restait dépendante de la génétique des embryons. De plus, les parents avec des MHC similaires et/ou communs avaient des embryons avec une meilleure survie. Par contre, des parents avec un degré de parenté plus haut produisent des embryons avec une survie plus mauvaise. Finalement nous avons montré que les mâles plus foncés ont des embryons qui survivent mieux, mais que la taille des mâles n'a pas d'influence sur la survie de ces mêmes embryons. Dans les deux premiers chapitres, nous avons étudié le potentiel de défense des embryons basé sur leur système immunitaire, c.a.d. leur tolérance aux pathogènes. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à la date d'éclosion des corégones (C. palea), pour voir si elle est influencée par les parents ou par la pression des pathogènes, et si il y a une interaction entre ces deux facteurs. Nous avons trouvé que les jeunes naissent plus rapidement lorsque la pression en pathogènes augmente. La date d'éclosion est influencée par la génétique des embryons et/ou l'investissement des parents, mais c'est la magnitude des effets qui est dépendante de la pression du pathogène. Nous avons aussi trouvé une interaction entre l'effet paternel et l'environnement, ce qui indique que la rapidité d'éclosion de certains croisements est dépendante des pathogènes dans l'environnement. Le chapitre 4 décrit une étude analogue avec de truites (S. truffa), avec des résultats sitzimilaires. Dans les précédents chapitres nous nous sommes uniquement concentrés sur les performances des jeunes durant leur stade embryonnaire, et seulement dans des conditions semi naturelles. Dans le chapitre 5 nous testons la performance et la viabilité des embryons et de juvéniles de truites (S. truffa) dans des conditions naturelles. Nous avons trouvé que la taille des juvéniles était dépendante d'effets génétiques et de l'investissement maternel, mais ceci n'était ni les cas pour les survie des embryons et des juvéniles. De plus, nous avons trouvé que les jeunes des mâles plus foncés devenaient plus grands et que les grands ont un meilleur taux de survie. Finalement nous avons trouvé un 'carry-over effect' d'une première exposition non létale à un pathogène: exposer des embryons à des plus hauts niveaux de stress donnait des juvéniles plus petits. Pour évaluer la performance à long terme de groupes traités dé manières différentes, une méthode de marquage-recapture est inévitable. Pour cette raison, des techniques de marquage en masse sont nécessaires. Dans le chapitre 6, nous avons testé l'efficacité de la technique `fluorescent pigment spray marking' pour le marquage en masse de l'Ombre commun (Thymallus thymallus), avec des résultats très prometteurs. Les études de fertilisations in vitro avec les corégones nous donnent une idée du potentiel bénéfice génétique que représente la sélection d'un bon partenaire, même si le système d'accouplement des corégones en milieu naturel reste peu connu. Pour combler cette lacune, nous avons installé des caméras sous-marines autour de la frayère d'une population de corégones (C. suidteri), nous avons enregistré toute la période de reproduction et nous avons analysé les données par la suite. Ainsi, nous avons été capables de confirmer bien des résultats trouvés précédemment, mais aussi de faire de nouvelles observations. Ces résultats sont reportés dans le septième chapitre, où elles sont comparées avec des observations antérieures.

Passive knee-extension test to measure hamstring tightness: influence of gravity correction

CONTEXT: A passive knee-extension test has been shown to be a reliable method of assessing hamstring tightness, but this method does not take into account the potential effect of gravity on the tested leg. OBJECTIVE: To compare an original passive knee-extension test with 2 adapted methods including gravity's effect on the lower leg. DESIGN: Repeated measures. SETTING: Laboratory. PARTICIPANTS: 20 young track and field athletes (16.6 ± 1.6 y, 177.6 ± 9.2 cm, 75.9 ± 24.8 kg). INTERVENTION: Each subject was tested in a randomized order with 3 different methods: In the original one (M1), passive knee angle was measured with a standard force of 68.7 N (7 kg) applied proximal to the lateral malleolus. The second (M2) and third (M3) methods took into account the relative lower-leg weight (measured respectively by handheld dynamometer and anthropometrical table) to individualize the force applied to assess passive knee angle. MAIN OUTCOME MEASURES: Passive knee angles measured with video-analysis software. RESULTS: No difference in mean individualized applied force was found between M2 and M3, so the authors assessed passive knee angle only with M2. The mean knee angle was different between M1 and M2 (68.8 ± 12.4 vs 73.1 ± 10.6, P < .001). Knee angles in M1 and M2 were correlated (r = .93, P < .001). CONCLUSIONS: Differences in knee angle were found between the original passive knee-extension test and a method with gravity correction. M2 is an improved version of the original method (M1) since it minimizes the effect of gravity. Therefore, we recommend using it rather than M1.

Does Direct Democracy Matters for Political Parties : An Empirical Test in the Swiss Cantons

According to most political scientists and commentators, direct democracy seems to weaken political parties. Our empirical analysis in the 26 Swiss cantons shows that this thesis in its general form cannot be maintained. Political parties in cantons with extensive use of referendums and initiatives are not in all respects weaker than parties in cantons with little use of direct democratic means of participation. On the contrary, direct democracy goes together with more professional and formalized party organizations. Use of direct democracy is associated with more fragmented and volatile party systems, and with greater support for small parties, but causal interpretations of these relationships are difficult.

Inferring transport characteristics in a fractured rock aquifer by combining single-hole ground-penetrating radar reflection monitoring and tracer test data

Investigations of solute transport in fractured rock aquifers often rely on tracer test data acquired at a limited number of observation points. Such data do not, by themselves, allow detailed assessments of the spreading of the injected tracer plume. To better understand the transport behavior in a granitic aquifer, we combine tracer test data with single-hole ground-penetrating radar (GPR) reflection monitoring data. Five successful tracer tests were performed under various experimental conditions between two boreholes 6 m apart. For each experiment, saline tracer was injected into a previously identified packed-off transmissive fracture while repeatedly acquiring single-hole GPR reflection profiles together with electrical conductivity logs in the pumping borehole. By analyzing depth-migrated GPR difference images together with tracer breakthrough curves and associated simplified flow and transport modeling, we estimate (1) the number, the connectivity, and the geometry of fractures that contribute to tracer transport, (2) the velocity and the mass of tracer that was carried along each flow path, and (3) the effective transport parameters of the identified flow paths. We find a qualitative agreement when comparing the time evolution of GPR reflectivity strengths at strategic locations in the formation with those arising from simulated transport. The discrepancies are on the same order as those between observed and simulated breakthrough curves at the outflow locations. The rather subtle and repeatable GPR signals provide useful and complementary information to tracer test data acquired at the outflow locations and may help us to characterize transport phenomena in fractured rock aquifers.

Pla de màrqueting per al llançament d'un nou producte en el mercat dels motors elèctrics per a bancs de proves

Ningú no dubte ja del canvi de mentalitat que s’ha produït en els darrers anys en els compradors pel què fa al mercat de l’automòbil. La seguretat i el respecte per el medi ambient, són actualment dos dels factors claus que el consumidor té en compte a l’hora de comprar un vehicle. D’altra banda en els darrers anys la Unió Europea, ha fixat tota una sèrie normatives per tal de reduir les emissions nocives a l’atmosfera. Així doncs, més seguretat i menys emissions, signifiquen vehicles que incorporin components i sistemas cada cop més sofisticats, els quals, a la vegada, necessiten de bancs d’assaig i equips de test per tal de ser validats. Aquest fet ha provocat una revolució dins dels sistemes de test per a vehicles, per als quals han augmentat enormement les exigències en quan a precisions i repetibilitat per tal d’intentar reproduir, amb la màxima fiabilitat possible, les condicions de treball que hauran de suportar els components durant el seu ús real. Les característiques dels motors elèctrics, resulten ideals per a accionar aquest tipus d’aplicacions, ja que permeten un control del parell molt acurat i una repetibilitat quasi perfecte enfront d’altres sistemas utilitzats fins no fa massa temps. Aquesta demanda creixent d’aquest tipus de màquines elèctriques, obra una nova oportunitat de negoci per a les empreses fabricants de motors elèctrics. L’objectiu principal d’aquest treball és identificar i satisfer les necessitats dels clients, dins d’un mercat industrial concret: el mercat dels motors elèctrics per a bancs de proves de components per a la indústria de l’automoció. La fita és doncs la de proporcionar les eines necessàries per tal de que una empresa, fabricant de motors elèctrics de velocitat variable, pugui realitzar el disseny, desenvolupament i llançament comercial d’un nou tipus de motor, específicament pensat per aquest mercat, amb les màximes garanties d’èxit. Com a principal conclusió, el treball argumenta que el nou producte representa una oportunitat de negoci força atractiva i rendible per a l’empresa, i permetrà diversificar la oferta de la companyia cap a un nou sector fins ara no explotat.

La consultation pour le test sérologique de dépistage VIH : enjeux pour le couple et pour le médecin

La pratique du test au centre de dépistage anonyme VIH de la Policlinique médicale universitaire de Lausanne semble indiquer que de plus en plus de personnes demandent à être testées, souvent au moment inaugural de la constitution de la vie du couple. L'indication au test de dépistage devrait être le résultat d'une négociation entre le patient et son médecin. Ce dernier est en outre confronté à la complexité des enjeux sociétaux et éthiques que le test représente. Il s'agit d'une tâche difficile, d'autant plus que la requête d'un test n'implique pas le seul devenir du sujet, mais aussi, dans la dimension sexuelle, le devenir de la personne qu'il rencontre. L'avènement du Sida a modifié la vie du couple en rendant la sexualité plus problématique et en donnant un caractère impératif l'exigence de négociation entre les partenaires du couple. La pratique de la prévention révèle aussi comment le Sida met en jeu la responsabilité que les médecins ont de négocier avec leurs patients, à l'instar de ce que ces derniers devraient faire avec leur partenaire dans un but de protection.

Calibration of high-resolution geophysical data with tracer test measurements to improve hydrological predictions

Relationships between porosity and hydraulic conductivity tend to be strongly scale- and site-dependent and are thus very difficult to establish. As a result, hydraulic conductivity distributions inferred from geophysically derived porosity models must be calibrated using some measurement of aquifer response. This type of calibration is potentially very valuable as it may allow for transport predictions within the considered hydrological unit at locations where only geophysical measurements are available, thus reducing the number of well tests required and thereby the costs of management and remediation. Here, we explore this concept through a series of numerical experiments. Considering the case of porosity characterization in saturated heterogeneous aquifers using crosshole ground-penetrating radar and borehole porosity log data, we use tracer test measurements to calibrate a relationship between porosity and hydraulic conductivity that allows the best prediction of the observed hydrological behavior. To examine the validity and effectiveness of the obtained relationship, we examine its performance at alternate locations not used in the calibration procedure. Our results indicate that this methodology allows us to obtain remarkably reliable hydrological predictions throughout the considered hydrological unit based on the geophysical data only. This was also found to be the case when significant uncertainty was considered in the underlying relationship between porosity and hydraulic conductivity.

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Qualidade do solo avaliada pelo "Soil Quality Kit Test" em dois experimentos de longa duração no Rio Grande do Sul

A avaliação da qualidade do solo (QS) é importante estratégia no planejamento agrícola, possibilitando a identificação e o aprimoramento de sistemas de manejo com características de alta produtividade e de preservação ambiental. O presente estudo foi realizado em dois experimentos de longa duração (10 e 15 anos) conduzidos no Sul do Brasil e teve por objetivo avaliar o efeito de sistemas de manejo na QS, utilizando um kit de análise expedita de qualidade de solo (KQS), desenvolvido pelo Instituto de Qualidade do Solo-USDA-ARS. A eficiência desse kit foi avaliada pela comparação com os métodos tradicionais utilizados na ciência do solo. Nas duas áreas experimentais investigou-se um total de 12 tratamentos, os quais englobaram sistemas de preparo com diferentes intensidades de revolvimento do solo (preparo convencional, preparo reduzido e plantio direto) e sistemas de culturas com ampla faixa de adição de resíduos vegetais ao solo, além da aplicação de doses anuais de N-uréia, variando de 0 a 144 kg ha-1. Em cada base experimental uma área sob campo natural foi avaliada, servindo como referência da condição do solo na ausência de interferência antrópica. Como indicadores de QS, foram avaliados infiltração de água, respiração do solo, densidade do solo, teor de nitrato+nitrito (N-NO3- + N-NO2-), estabilidade de agregados em água e pH. De maneira geral, os coeficientes de correlação entre os métodos do KQS e os métodos tradicionais foram elevados, sendo o mais alto para o indicador pH (r = 0,98) e o menor para o indicador infiltração de água no solo (r = 0,42). Os tratamentos selecionados foram teoricamente ordenados em ordem crescente de QS, a qual foi reproduzida de forma eficiente pelo índice de estoque de carbono (IEC), calculado pela razão entre o estoque de C orgânico do solo, na camada de 0-5 cm, de cada tratamento e o estoque de C orgânico no solo sob campo natural. Os indicadores estabilidade de agregados, N-NO3- + N-NO2- e respiração do solo foram os mais eficientes em discriminar a QS. O KQS foi eficiente em avaliar a QS dos tratamentos nas duas áreas experimentais. Os níveis mais elevados de QS foram alcançados nos tratamentos com plantio direto e consórcio de gramíneas e leguminosas tropicais, devido à cobertura do solo e às elevadas adições de C e N via resíduos culturais.

Analyse de l'activité de match chez l'arbitre de football par accéléromètre et critique des tests de sélection FIFA

Introduction : Depuis 2005, le « Test FIFA » est utilisé chez les arbitres de football, comme critère de sélection pour monter dans les échelons de l'arbitrage et chaque arbitre base son entraînement dans cet objectif. Ce test a été développé grâce aux nombreux travaux scientifiques, ayant utilisé l'analyse vidéo, afin de quantifier les activités de match des arbitres et analyser leur performance en cours de match. Objectifs : Le but de ce travail a été d'évaluer la performance de l'arbitre, lors d'un match de football, au moyen d'un accéléromètre en raison de sa facilité d'utilisation et en particulier d'évaluer si au cours du match, il existe une éventuelle diminution de la capacité de performance engendrée par la fatigue. Enfin, à la lumière des résultats, nous avons pu discuter du bien fondé du «test par intervalle proposé par la FIFA» comme moyen d'estimation de la capacité physique d'un arbitre. Méthode : Il s'agit d'une étude prospective basée sur une analyse descriptive. Les données ont été récoltées dans des stades de football suisses ≥1ère Ligue, du 01.12.2011 au 01.12.2012. Le groupe étudié était composé de 5 arbitres de football de sexe masculin, dont deux officiant en 1ère Ligue et faisant partie des talents de l'Association Cantonale Vaudoise de Football (ACVF) et trois en Super League et Challenge League. Les 5 arbitres ont été équipés d'un iPhone 3GS®, muni d'une application, capable d'enregistrer les déplacements sur le terrain (arrêt, marche et course). Le traitement des données a été effectué par un programme Matlab®, élaboré par le Laboratoire des Mesures d'Analyse du Mouvement (LMAM) de l'EPFL, tout comme l'application en question. Pour ce travail ont été considérées les phases et les fréquences d'arrêt, de marche et de course tout au long de l'évolution de la partie. Résultats : Durant les 90 minutes du match, la répartition se fait de la manière suivante : 13,74% du temps total où l'accéléromètre ne mesure aucune activité, 33,70% concernent une activité de course alors que le reste, 52,48% est de la marche. Avec l'avancement dans le match, il est constaté une augmentation des phases d'arrêt et une diminution du temps de course. Une intensité d'effort plus importante est observée lors des 15 premières minutes du match (environ  41,7% de course), alors qu'en fin de la partie, il y a une alternance de marche et de course avec des efforts de plus en plus brefs. La détermination de la médiane de durée des différents efforts a montré qu'un épisode de marche ou de course étaient de 5-6 secondes. De plus, les épisodes de marche ou de course étaient rarement >20 secondes. Discussion : Les résultats montrent que l'accéléromètre est un système de mesure facile d'utilisation, permettant un gain de temps dans l'analyse des données pour évaluer la performance sportive. Les principaux résultats de cette étude, ont mis en évidence une diminution de l'intensité des activités physiques de l'arbitre avec l'avancement du match, résultant soit de sa propre fatigue, soit de celle des joueurs dictant le rythme du jeu. Cette diminution se traduit par des déplacements de plus en plus brefs au fil du temps. La mesure de médiane du temps de course et de marche (5-6 sec) correspond à une activité aérobie pour la marche et anaérobie alactique pour la course. Par conséquent, le « test par intervalle » de la FIFA actuel ne nous semble pas adéquat en raison de sa filière énergétique de type anaérobique lactique. Conclusion : Cette étude pilote apporte un nouveau type d'instrumentation efficace et simple, jamais employé auparavant dans l'analyse des activités de match des arbitres de football. Il permet d'explorer des mouvements avec précision au fil du match et apporte un nouvel aspect sur la quantification de performance des arbitres non exploré jusqu'ici. Après analyse de l'ensemble des paramètres, il semble que le test FIFA ne soit pas adapté à la performance exigée par l'arbitrage.

Time-lapse and probabilistic inversion strategies for plane-wave electromagnetic data.

L'utilisation efficace des systèmes géothermaux, la séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l'intrusion d'eau salée dans les aquifères costaux ne sont que quelques exemples qui démontrent notre besoin en technologies nouvelles pour suivre l'évolution des processus souterrains à partir de la surface. Un défi majeur est d'assurer la caractérisation et l'optimisation des performances de ces technologies à différentes échelles spatiales et temporelles. Les méthodes électromagnétiques (EM) d'ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées, à la température et aux matériaux géologiques. Ces méthodes sont régies par des équations valides sur de larges gammes de fréquences, permettant détudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces méthodes sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur à cause des propriétés diffusives du champ électromagnétique. Pour cette raison, l'estimation des modèles du sous-sol par ces méthodes doit prendre en compte des informations a priori afin de contraindre les modèles autant que possible et de permettre la quantification des incertitudes de ces modèles de façon appropriée. Dans la présente thèse, je développe des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l'aide d'ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d'ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l'incorporation dans l'algorithme d'informations a priori en fonction des changements du modèle de conductivité électrique attendus. Ceci est réalisé en intégrant une régularisation stochastique et des contraintes flexibles par rapport à la gamme des changements attendus en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. J'utilise des normes différentes de la norme l2 pour contraindre la structure du modèle et obtenir des transitions abruptes entre les régions du model qui subissent des changements dans le temps et celles qui n'en subissent pas. Aussi, j'incorpore une stratégie afin d'éliminer les erreurs systématiques de données time-lapse. Ce travail a mis en évidence l'amélioration de la caractérisation des changements temporels par rapport aux approches classiques qui réalisent des inversions indépendantes à chaque pas de temps et comparent les modèles. Dans la seconde partie de cette thèse, j'adopte un formalisme bayésien et je teste la possibilité de quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle dans l'inversion d'ondes EM planes. Pour ce faire, je présente une stratégie d'inversion probabiliste basée sur des pixels à deux dimensions pour des inversions de données d'ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique (ERT) séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différents types d'information a priori sur la structure du modèle et différentes fonctions de vraisemblance pour décrire les erreurs sur les données. Les résultats indiquent que la régularisation du modèle est nécessaire lorsqu'on a à faire à un large nombre de paramètres car cela permet d'accélérer la convergence des chaînes et d'obtenir des modèles plus réalistes. Cependent, ces contraintes mènent à des incertitudes d'estimations plus faibles, ce qui implique des distributions a posteriori qui ne contiennent pas le vrai modèledans les régions ou` la méthode présente une sensibilité limitée. Cette situation peut être améliorée en combinant des méthodes d'ondes EM planes avec d'autres méthodes complémentaires telles que l'ERT. De plus, je montre que le poids de régularisation des paramètres et l'écart-type des erreurs sur les données peuvent être retrouvés par une inversion probabiliste. Finalement, j'évalue la possibilité de caractériser une distribution tridimensionnelle d'un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion probabiliste time-lapse tridimensionnelle d'ondes EM planes. Etant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l'espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie de réduction du modèle ou` les coefficients de décomposition des moments de Legendre du panache de traceur injecté ainsi que sa position sont estimés. Pour ce faire, un modèle de résistivité de base est nécessaire. Il peut être obtenu avant l'expérience time-lapse. Un test synthétique montre que la méthodologie marche bien quand le modèle de résistivité de base est caractérisé correctement. Cette méthodologie est aussi appliquée à un test de trac¸age par injection d'une solution saline et d'acides réalisé dans un système géothermal en Australie, puis comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. L'inversion probabiliste permet de mieux contraindre le panache du traceur salin gr^ace à la grande quantité d'informations a priori incluse dans l'algorithme. Néanmoins, les changements de conductivités nécessaires pour expliquer les changements observés dans les données sont plus grands que ce qu'expliquent notre connaissance actuelle des phénomenès physiques. Ce problème peut être lié à la qualité limitée du modèle de résistivité de base utilisé, indiquant ainsi que des efforts plus grands devront être fournis dans le futur pour obtenir des modèles de base de bonne qualité avant de réaliser des expériences dynamiques. Les études décrites dans cette thèse montrent que les méthodes d'ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l'évaluation des modèles obtenus, autant en termes d'incorporation d'informations a priori, qu'en termes de quantification d'incertitudes a posteriori. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d'autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l'incorporation d'informations additionnelles lorsqu'elles sont disponibles. -- The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO2 to mitigate climate change, and the prevention of seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategy to remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations to quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensional pixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helps to accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining planewave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion. Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of planewave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment. A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments. The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification. In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available.