<p dir="ltr">Wound healing is a complex biological process orchestrated by intricate cellular and biochemical interactions. This study leverages a multiscale modeling approach, integrating agent-based and ordinary differential equation (ODE) methods within CompuCell3D, to investigate wound detection and calcium signaling in juvenile zebrafish. Calcium as a ubiquitous secondary messenger plays a crucial role in translating wound stimuli into cellular responses. We focus on the initial phase of wound detection, a multi-step process beginning at the subcellular level with the release of Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) and subsequent calcium signaling. We hypothesize that an ATP diffusion wave acts as the primary trigger, initiating a downstream calcium signaling cascade mediated by inositol triphosphate (IP3). Calcium and IP3 production and movement from the injured cells to healthy ones would then coordinate a tightly regulated wound response. To investigate this hypothesis, we adapted existing equations from a Drosophila wing disc injury model. We carefully modified them to accurately represent the zebrafish system in our in-silico setup, specifically focusing on relevant agonists. Model predictions were rigorously compared to the zebrafish’s experimental data to validate the computational approach. Our findings provide preliminary evidence suggesting that ATP diffusion through the interstitial spaces of injured tissue may be a potent agonist, triggering localized calcium release closely resembling experimental observations. This multiscale modeling framework offers a promising avenue for significant advancements in wound healing research. It has the potential to facilitate the development of novel therapeutic strategies and discoveries by enabling the integration of cell signaling pathways and tissue engineering.</p>

Diese Dissertation umfasst drei Aufsätzen, die sich mit Erwartungen, Entscheidungen und deren Rückwirkung auf die Umgebung beschäftigen. Der erste Aufsatz untersucht die Binnenwanderung von Ost- nach Westdeutschland. Dabei wird der Zusammenhang von Variation in ökonomischen Disparitäten zwischen der Ursprungs- und der Zielregion und Bildungsniveau, Alter und Arbeitsmarktstatus der wandernden Bevölkerung untersucht. Mit Hilfe der SOEP Daten von 1993 bis 2011 gelangt die Untersuchung zu dem Ergebnis, dass regionale Disparitäten in Verbindung mit der Selbstselektion der Wandernden stehen. Während die Wandernden im Durchschnitt jünger und besser ausgebildet als die Bleibenden sind, verringert sich dieser Unterschied, wenn die Differentiale in den Arbeitslosenquoten zwischen den Regionen steigen. Im zweiten Aufsatz entwickle ich ein Modell zur Untersuchung von prosozialem Verhalten in Begegnungen mit Fremden. Durch das Abstrahieren von Möglichkeiten der Reputationsbildung oder des Bestraftwerdens, entfallen die wesentlichen strategischen Motive für prosoziales Verhalten. Die Entscheidung prosozial zu Handeln ist dann nicht mehr strategisch vorteilhaft sondern intrinsisch motiviert durch Altruismus und einer Neigung sich an das Verhalten anderer anzupassen. In einem zweiten Schritt untersuche ich, ob die Erkenntnisse des Modells mit dem empirisch beobachteten Verhalten übereinstimmen. Der dritte Aufsatz skizziert eine (mögliche) Verhaltensstruktur und notwendige Bedingungen auf Mikroebene, die zu den beobachteten Verhaltensunterschieden in prosozialem Verhalten zwischen dem ländlichen und städtischen Raum führen. Den Rahmen des hier entwickelten Modells bildet das bekannte Gefangenen Dilemma, das wiederholt mit zufällig zugeordneten Partnern einer großen Gesellschaft gespielt wird. Das Modell bezieht Merkmale ein, die sich häufig in realen Begegnungen wiederfinden: imperfekte Information, freiwillige Teilnahme und eine Neigung sich dem Verhalten anderer anzupassen. / This thesis consists of three essays that analyze choices and beliefs to explore how both lead to adaptive behavior. The first essay examines the positive net migration flow from the eastern to western parts of Germany. The migration decision is substantially based on expectations about future developments. With economic conditions changing substantially over the past 20 years in the eastern part of Germany, the incentives to migrate have also altered, so changing the composition of the east-to-west migrant body. This essay explores variations in economic disparities between the region of origin and region of destination, relating them to changes in the skill level, age and labor force status of the migrant population. Analyzing SOEP data from 1993-2011, the findings suggest that, with falling wage differentials, older migrants are less frequent job-to-job movers and are more likely to be non-working prior to migration. Furthermore, while migrants tend to be younger and better educated than stayers, the group of movers becomes partly less distinct from the group of stayers with respect to the skill and age composition when regional disparities in employment opportunities increase. The second and the third essay of this thesis model the decision making process in social interactions between strangers. In these situations, choices are often affected by beliefs about others behavior. In the second essay of this work, I develop a simple model of prosocial behavior for encounters between strangers. By abstracting from the possibility of reputation building and punishment between anonymous partners, I remove the main strategic motives for prosocial behavior so reducing it to a simple non-strategic decision. The principal motivation to behave prosocially is then intrinsic, based on altruism, with a taste for conforming to the behavior of others. In this way, individual decisions are conditional on the behavior of others. Emerging equilibria will then explain the occurrence of prosocial or cooperative behavior within a given society. In a second step, I analyze whether the model’s predictions are consistent with the empirical evidence on the link between beliefs and prosocial behavior using data on blood donations. The third essay outline a (possible) micro-structure and conditions which lead to the observed urban-rural differences in cooperative behavior using agent-based modeling. The model presented here adapts the familiar framework of a prisoners dilemma which is played repeatedly with randomly matched members of a large population. I introduce features that are often found in real world interactions: imperfect information, voluntary participation and a taste for conforming to majority behavior. In this analysis, peoples beliefs about the level of cooperation in the population and their resulting behavior are determined endogenously. Both are governed principally by the experience that they derive from interactions. I present results of an agentbased simulation in order to study the emerging dynamic relationships, to examine how cooperative behavior evolves over time under different circumstances, and to determine how urban-rural differences in behavior emerge. The factors that give rise to rural-urban differences are heterogeneity in individual loss aversion or risk taking, and limited migration possibilities between rural and urban areas.

Ansätze der mathematischen Modellierung ermöglichen die Analyse der dynamischen Eigenschaften biologischer Systeme und den Einfluß spezifischer Funktionen. Das Ziel dieser Arbeit ist es verschiedene Aspekte der Interaktionen zwischen Wirt und Krankheitserregern zu analysieren. In Kapitel 3 diskutiere ich ein Modell der zellulären Antwort auf Hitzeschockstress im Pilz Candida albicans. Das Modell in Form von gewöhnlichen Differentialgleichungen erörtert mehrere Aspekte des Systems, wie z.B. die erworbene Thermotoleranz und eine perfekte Anpassung an die Beanspruchung durch die Temperaturwechsel. Im Rahmen der Interaktionen zwischen Wirt und Krankheitserreger ist die Studie relevant, da die Entwicklung von Fieber eine primäre Antwort des Organismus auf eine Pilzinvasion ist. Die Dynamik von C. albicans Virulenzfaktoren, wie z.B. der Übergang vom Hefe- zum Hyphenstadium, und die Abwehrmechanismen des Wirts bestimmen den Zustand des Pilzes, d.h. ob er als Kommensale oder Krankheitserreger vorkommt. Mit Hilfe einer agenten-basierten Modellierungstechnik, in Kapitel 4, untersuche ich die Auswirkungen potenzieller medikamentöser Behandlungen von Pilzpopulationen und ihre Effektivität. In Kapitel 5 analysiere ich die Dynamik der C. albicans Hefe- und Hyphenpopulationen unter der Annahme, das zwischen den Individuen beider Populationen paarweise Wechselwirkungen bestehen, die zusätzlich von Fresszellen und Ernährungsbedingungen beeinflusst werden. Das erste Modell basiert auf den Prinzipien der Spieltheorie. Aus dieser Studie lässt sich die Hypothese aufstellen, dass sich im Verlauf der Infektion die evolutionäre Spieldynamik von der Snowdrift Spieldynamik in Richtung Gefangendilemma verschiebt. Im zweiten Modell untersuche ich die Umschaltraten zwischen Hefen und Hyphen. Das Modell zeigt, dass in Pilzpopulationen die Ausprägung verschiedener Phänotypen der Grund für die erhöhte Überlebensfähigkeit der Population sein könnte. / Mathematical modeling approaches facilitate the analysis of dynamic properties of mechanisms triggering specific functions of biological systems. Through this work I aim to shed light on various aspects of host-pathogen interactions. In Chapter 3, I discuss a model of heat shock stress response activated in the fungus Candida albicans. The model in form of ordinary differential equations reveals several features of the system, such as acquired thermotolerance and a perfect molecular adaptation to the thermal insult. The study is relevant in the context of host-pathogen interactions since development of fever is a primary host response to fungal invasion. The dynamics of C. albicans virulence factors, e.g., yeast to hypha transition, and defense mechanisms of the host determine the state of the fungi, i.e. whether to act as a commensal or as a foe. Through application of an agent-based modeling technique, in Chapter 4, I investigate effects of potential drug treatments on fungal populations and their effectivity in the fungal clearance. In Chapter 5, I analyze the dynamics of candida yeast and hyphal populations assuming pairwise interactions influenced by phagocytic cells and nutritional conditions. The first model is based on game theory principles. From the study it can be hypothesized that during the course of infection the evolutionary game dynamics shift from Snowdrift game dynamics toward Prisoners’ dilemma. In the second model, I examine switching rates between yeast and hypha. The model reveals that phenotypic variations may occur in order to increase the fitness of the population.

Studi condotti sulla crisi finanziaria del 2007-09 e la recessione economica hanno evidenziato l’inadeguatezza delle teorie predominanti e la loro inefficacia nel proporre adeguate soluzioni di policy. La presenza di moneta bancaria nell’economia e di un sistema finanziario caratterizzato da innovazione finanziaria e speculazione modificano profondamente la natura stessa del processo di credit creation. Una nuova prospettiva sulla relazione tra finanza e crescita economica necessita essere sviluppata cercando di colmare le lacune esistenti tra New Growth Theory e Evolutionary Theory, come J.A. Schumpeter (1934) e altri studiosi hanno evidenziato. I fattori strutturali sono alla base della persistente instabilita` finanziaria nell’economia. Questo studio tenta di spiegare l’ipotesi che sta alla base dell’intera analisi circa il passaggio avutosi nell'impianto strutturale dell'economia da un virtuous cycle ad un bad cycle, e dimostrare l’esistenza di cio` che definiamo wealth trap, la quale e` ipotizzata essere conseguenza di un sistema finanziario tecnologicamente avanzato, ma non socialmente avanzato. Un modello non lineare ad Agenti (AMB) chiamato BFSE (Based-line Financial System Economy) mostra , tramite la sperimentazione sul modello ICEACE(Erlingsson et al., 2011), evidenze sulla centralita` del sistema finanziario e dell’esistenza del bad cycle. Una discussione sulle macroprudential policies e le politiche strutturali e` introdotta. / Studies of the 2007-09 credit crisis and the resulting recession have revealed the inadequacy of the predominant theoretical frameworks and their failure to propose adequate policy solutions. The presence in the economy of bank money and a financial system characterized by financial innovation and speculation changes the nature of credit creation. As J.A. Schumpeter (1934) and others scholars have recognized, a new perspective on the financial-growth relationship needs to be developed by filling the gaps in New Growth Theory and Evolutionary Theory - two Sons of Schumpeter - and in some way combining them. Structural factors are at the bottom of the persistence of the financial instability in the economy. The goal of this research is to explain the main hypothesis of the historical passage of the economy from a virtuous to a bad cycle and to show the existence of the wealth trap, which is a consequence of a high-technologically advanced financial system within the economic system. A non-linear ABM (Agent Based Model) called BFSE provides, through experimentation using ICEACE model (Erlingsson et al., 2011), interesting evidences of the centrality of the financial system and the bad cycle. Macroprudential and structural policies are introduced.

Améliorer la gestion et l’organisation des blocs opératoires est une tâche critique dans les hôpitaux modernes, principalement à cause de la diversité et l’urgence des activités impliquées. Contrairement à l’aviation civile, qui a su optimiser organisation et sécurité, le management de bloc opératoire est plus délicat. Le travail ici présenté abouti au développement et à l’installation de nouvelles technologies assistées par ordinateur résolvant les problèmes quotidiens des blocs opératoires. La plupart des systèmes existants modélisent le flux chirurgical et sont utilisés seulement pour planifier. Ils sont basés sur des procédés stochastiques, n’ayant pas accès à des données sûres. Nous proposons une structure utilisant un modèle multi-agent qui comprend tous les éléments indispensables à une gestion efficace et au maintien de la sécurité dans les blocs opératoires, allant des compétences communicationnelles du staff, au temps nécessaire à la mise en place du service de nettoyage. Nous pensons que la multiplicité des ressources humaines engagées dans cette structure cause des difficultés dans les blocs opératoires et doit être prise en compte dans le modèle. En parallèle, nous avons construit un modèle mathématique de flux d’air entre les blocs opératoires pour suivre et simuler la qualité de l’environnement de travail. Trois points sont nécessaires pour la construction et le bon fonctionnement d’un ensemble de bloc opératoire : 1) avoir accès au statut du système en temps réel grâce au placement de capteurs 2) la construction de modèles multi-échelles qui lient tous les éléments impliqués et leurs infrastructures 3) une analyse minutieuse de la population de patients, du comportement des employés et des conditions environnementales. Nous avons développé un système robuste et invisible qui permet le suivi et la détection automatique d’événements dans les blocs. Avec ce système nous pouvons suivre l’activité à la porte d’entrée des blocs, puis l’avancement en temps réel de la chirurgie et enfin l’état général du bloc. Un modèle de simulation numérique de mécanique des fluides de plusieurs blocs opératoires est utilisé pour suivre la dispersion de fumée chirurgicale toxique, ainsi qu’un modèle multi-domaine qui évalue les risques de propagation de maladie nosocomiale entre les blocs. La combinaison de ces trois aspects amène une nouvelle dimension de sensibilisation à l’environnent des blocs opératoires et donne au staff un système cyber-physique capable de prédire des événements rares impactant la qualité, l’efficacité, la rentabilité et la sécurité dans l’hôpital. / Improving operating room management is a constant issue for modern large hospital systems who have to deal with the reality of day to day clinical activity. As opposed to other industrial sectors such as air civil aviation that have mastered the topic of industry organization and safety, progress in surgical flow management has been slower. The goal of the work presented here is to develop and implement technologies that leverage the principles of computational science to the application of OR suite problems. Most of the currently available models of surgical flow are used for planning purposes and are essentially stochastic processes due to uncertainties in the available data. We propose an agent-based model framework that can incorporate all the elements, from communication skills of the staff to the time it takes for the janitorial team to go clean an OR. We believe that human factor is at the center of the difficulty of OR suite management and should be incorporated in the model. In parallel, we use a numerical model of airflow at the OR suite level to monitor and simulate environment conditions inside the OR. We hypothesize that the following three key ingredients will provide the level of accuracy needed to improve OR management : 1) Real time updates of the model with ad hoc sensors of tasks/stages 2) Construction of a multi-scale model that links all key elements of the complex surgical infrastructure 3) Careful analysis of patient population factors, staff behavior, and environment conditions. We have developed a robust and non-obtrusive automatic event tracking system to make our model realistic to clinical conditions. Not only we track traffic through the door and the air quality inside the OR, we can also detect standard events in the surgical process. We propose a computational fluid dynamics model of a part of an OR suite to track dispersion of toxic surgical smoke and build in parallel a multidomain model of potential nosocomial contaminant particles flow in an OR suite. Combining the three models will raise the awareness of the OR suite by bringing to the surgical staff a cyber-physical system capable of prediction of rare events in the workflow and the safety conditions.

This thesis sought to develop an agent-based model that replicates the formation of social and sexual partnerships in real-world settings with an eventual aim of revealing the main drivers of the HIV pandemic in a closed mixed society. Agent-based modelling is a computational modelling approach that allows for the simulation of the actions and interactions of autonomous agents, with the eventual objective of disovering global effects on the system. This modelling technique is less dependent on generalisations and does not average out the behaviour of individuals. Sexual partnerships formed in the model goes through the process of dating, courting and has a chance of developing into marriage as well as the possibility of breaking up or undergo divorce. Sexual partnership formation is based on a likeability index calculated using aspiration, attractiveness and age. Over and above the the sexual relationships we include commercial sex work. Commercial sex work depends mainly on the availability of female sex workers and their clients. We superimpose the spread of HIV on the social and sexual network model. Results from the model reveal that saturation of HIV prevalence is driven by the social and sexual network structure, behaviour change as well as biologic factors. Excluding commercial sex work in the model resulted in a decrease in HIV prevalence and incidence. Dense social networks resulted in a dense sexual network which consequently increased HIV incidence. A change in the infection probability per coital act contributed significantly to a change in incidence and prevalence levels. Model results also show that enrolling all HIV positive agents on antiretroviral therapy (ART) as from 2016 simulation year will help in curbing HIV transmission if zero dropout rate from ART is assumed. Therefore, on concomitant action to avoid dropouts from ART is necessary if full benefits of introducing ART to all HIV positive individuals are to be realised. / Operations Management / D.Phil. (Operations Research)

L’objet de cette thèse est d’analyser l’évolution du marché des paiements de détail avec en toile de fond la constitution d’un espace unique pour les paiements en Europe. Notre analyse révèle notamment que ce marché évolue selon la théorie de la Reine Rouge ; en effet, sous le poids de la concurrence, les prestataires de service ne cessent de créer des moyens de paiement de plus en plus innovants afin de maintenir leur part de marché. Paradoxalement, la demande, elle, évolue plus lentement, essentiellement à cause des habitudes difficiles à changer. Pour la dynamiser, régulateur et industrie bancaire ont mis en œuvre de nombreux moyens. Notre étude révèle ainsi que bien que les facteurs sociodémographiques, technologiques et économiques déterminant les comportements de paiement varient et n’ont pas le même impact d’un pays à un autre, certains Etats présentent néanmoins suffisamment d’homogénéité pour appartenir à une même zone de paiement optimale. En outre, nous démontrons que l’harmonisation des pratiques bancaires et des réglementations mise en place pour la réalisation du marché unique a conduit à une convergence des comportements de paiement en Europe. Par ailleurs, en analysant le cas particulier des paiements par carte, nous développons un modèle multi-agents permettant de mettre en évidence l’importance des pratiques tarifaires telles que la commission d’interchange ou la règle de non-discrimination sur la concurrence entre instruments, intermédiaires et systèmes de paiement. L’expérimentation artificielle de ce modèle dévoile les conditions nécessaires à l’efficacité de la réglementation de ces pratiques par l’Etat. / The purpose of present thesis is to study the evolution of the retail payment market. This work is set against a backdrop of the creation of a single payment area in Europe. Our analysis reveals that this market is subject to the Red Queen dilemma; indeed, because of intense competition, payment service providers are forced to a constant evolution of technology in order to maintain their market share. Paradoxically, the demand for payment instruments tends to move slowly, basically because habits are difficult to change. To improve the dynamism of the demand response to innovation, regulator and banking industry have implemented new policies and procedures that encourage the development of trans-border payments. Thereby, although the sociodemographic, technological and economic factors which influence payment behaviours vary and don't have the same impact from one country to another, we find some remarkable homogeneity across countries that are eligible to form an optimal payment area. Besides, we show that the harmonization of the banking laws and products led to a convergence of the payment behaviours in Europe. In addition, by analyzing the case of the payment card industry, we develop an agent-based model which highlights the effects of the tariff practices such as the interchange fee or the no-surcharge rule, on competition within and between payment systems. The computational simulation of this model reveals necessary conditions to achieve the desired result of the regulation of these practices.

L’étude de la conflictualité armée dans les pays en développement et des effets des interventions extérieures visant à la circonscrire constitue un enjeu majeur et multidisciplinaire. La complexité des processus sociaux entrelacés dans de tels contextes génère des défis particuliers pour les approches de modélisation et simulation informatique. En effet la forme des conflits actuels, centrés autour des populations locales, a amené les forces de stabilisation à développer des actions dites d'influence, qui se donnent pour but de convaincre les locaux de la légitimité des opérations. Ce travail en retient trois (opérations psychologiques OMI/PSYOPS, opérations civilo-militaires et Key Leader Engagements) et propose une modélisation permettant de représenter la propagation de leurs effets au sein d'une population virtuelle réaliste. Cela nécessite une représentation détaillée des mécanismes psychologiques de persuasion et d’influence et des structures sociales considérées, et constitue donc un apport à l’analyse des processus de communication au sein de réseaux sociaux. On fait le choix d'une simulation sociale orientée agents permettant de représenter d'une part un échantillon composé uniquement d'individus (jusqu’à environ 10 000) dotés de mécanismes de traitement réalistes, et d'autre part la complexité des sphères de sociabilité collective en générant cette population sous forme d'un réseau multicouche. Le modèle conceptuel ainsi conçu permet d’intégrer pour chaque étape des critères pertinents pour la simulation des actions, mais aussi, eut égard à la nature même de celles-ci et de leurs enjeux, d’éclairer certains mécanismes sociaux caractéristiques d’un conflit armé / The study, analysis and understanding of armed violence phenomenons in developing countries and of the effects of international military interventions aimed at resolving them is a crucial contemporary issue. These situations coincidentally present, considering the plethora and complexity of the implicated and intertwined social processes, a challenge for social computing, modeling and simulation. A challenge but also an opportunity, as the evolution of the forms of conflict, today centered on the local populations, has prompted the armies tasked with implementing stabilization missions to develop influence actions. Such operations, overall concerned with persuading the locals of the legitimacy of the operations, allow a more comprehensive approach to conflict resolution, beyond the simple use of force. Modeling some of these specific actions (PSYOPS, CIMIC, and Key Leader Engagement) is a credible project and a contribution to analysis of communication and persuasion processes in social networks by taking into account detailed and specific social and cultural factors. This research thus presents a conceptual model allowing simulation of the effects of these specific actions of influence in a realistic civilian population. We chose an agent-based approach as these lend particularly well with this type of research, allowing us to generate a group of up to 10,000 agents, composed solely of individuals for a detailed cognitive treatment, and structured as a multilayer network for representing complex sociality. Given the nature of such actions and their context of application, such a model also highlights some social mechanisms typical of armed conflict situations

Les forêts sont une ressource naturelle importante sur le plan écologique, culturel et économique, et sont confrontées à des défis croissants en raison des changements climatiques. Ces défis sont difficiles à prédire en raison de la nature complexe des interactions entre le climat et la végétation, dont une le feu. Compte tenu de l’importance des écosystèmes forestiers, des dangers potentiels des feux de forêt et de la complexité de leurs interactions, il est primordial d'acquérir une compréhension de ces systèmes à travers le prisme de la science des systèmes complexes. La science des systèmes complexes et ses techniques de modélisation associées peuvent fournir des informations sur de tels systèmes que les techniques de modélisation traditionnelles ne peuvent pas. Là où les techniques statistiques et basées sur équations cherchent à contourner la dynamique non-linéaire, auto-organisée et émergente des systèmes complexes, les approches de modélisation telles que les automates cellulaires et les modèles à base d'agents (MBA) embrassent cette complexité en cherchant à reproduire les interactions clés de ces systèmes. Bien qu'il existe de nombreux modèles de comportement du feu qui tiennent compte de la complexité, les MBA offrent un terrain d'entente entre les modèles de simulation empiriques et physiques qui peut fournir de nouvelles informations sur le comportement et la simulation du feu. Cette étude vise à améliorer notre compréhension du feu dans le contexte de la science des systèmes complexes en développant un tel MBA de propagation du feu. Le modèle utilise des données de type de carburant, de terrain et de météo pour créer l'environnement des agents. Le modèle est évalué à l'aide d’une étude de cas d'un incendie naturel qui s'est produit en 2001 dans le sud-ouest de l'Alberta, au Canada. Les résultats de cette étude confirment la valeur de la prise en compte de la complexité lors de la simulation d'incendies de forêt et démontrent l'utilité de la modélisation à base d'agents pour une telle tâche. / Forests are an ecologically, culturally, and economically important natural resource that face growing challenges due to climate change. These challenges are difficult to predict due to the complex nature of the interactions between climate and vegetation. Furthermore, fire is intrinsically linked to both climate and vegetation and is, itself, complex. Given the importance of forest ecosystems, the potential dangers of forest fires, and the complexity of their interactions, it is paramount to gain an understanding of these systems through the lens of complex systems science. Complex systems science and its attendant modeling techniques can provide insights on such systems that traditional modelling techniques cannot. Where statistical and equation-based techniques seek to work around the non-linear, self-organized, and emergent dynamics of complex systems, modelling approaches such as Cellular Automata and Agent-Based Models (ABM) embrace this complexity by seeking to reproduce the key interactions of these systems. While there exist numerous models of fire behaviour that account for complexity, ABM offers a middle ground between empirical and physical simulation models that may provide new insights into fire behaviour and simulation. This study seeks to add to our understanding of fire within the context of complex systems science by developing such an ABM of fire spread. The model uses fuel-type, terrain, and weather data to create the agent environment. The model is evaluated with a case study of a natural fire that occurred in 2001 in southwestern Alberta, Canada. Results of this study support the value of considering complexity when simulating forest fires and demonstrate the utility of ABM for such a task.

L’introduction de petites faunes au sein du régime alimentaire humain dans le passé constitue un sujet de recherche essentiel dans la compréhension des modes de subsistance des chasseurs-cueilleurs, notamment au Paléolithique supérieur. Durant cette période, et notamment au Dernier Maximum Glaciaire, le lapin de garenne (Oryctolagus cuniculus) domine les assemblages fauniques de nombreux sites archéologiques de la Péninsule Ibérique. Plusieurs hypothèses ont été avancées afin de comprendre le rôle que ce petit gibier a pu jouer dans la subsistance des groupes humains. Néanmoins, la multitude et la variété de ces hypothèses reflètent, d’un côté, le manque de consensus quant à la portée de l’exploitation du lapin dans la subsistance durant cette période dans la Péninsule Ibérique, et elles soulignent d’un autre côté que l’appréhension des implications économiques, technologiques, environnementales et sociales de son exploitation est une tâche complexe. A partir de ce double constat, j’ai dès lors établi comme problématique d’explorer les potentielles motivations liées à la chasse du lapin et d'appréhender le rapport entre les humains et cette espèce de petite taille, et ce dans l’objectif d’obtenir une meilleure compréhension des modes de subsistance adoptés pendant cette période en Ibérie. L’approche développée dans cette thèse repose sur la proposition que l’explication du pourquoi les humains exploitaient le lapin doit être traitée par une compréhension du comment les humains chassaient ce petit gibier. Si nous voulons analyser le régime alimentaire humain dans le passé, nous devons effectivement comprendre comment les humains prenaient leurs décisions cynégétiques. A cette fin, un des cadres théoriques principalement utilisé en archéologie, la Optimal Foraging Theory, a été employé, en complément de la modélisation à base d’agents. La problématique a été répartie en trois questions de recherche distinctes et complémentaires, chacune faisant l’objet d’une publication. Dans le premier article, l’application du Diet Breadth Model issu de la Optimal Foraging Theory a permis d’observer que l’exploitation d’une garenne est optimale lorsque plusieurs individus capturent un minimum de 7 lapins à l’aide de filets au cours du Dernier Maximum Glaciaire dans la Péninsule Ibérique. Dans le second article, nous avons mené des expériences de simulation à travers le développement d’un modèle à base d’agents pour évaluer les implications de ce type d’exploitation dans un cadre plus réaliste au sein duquel les humains interagissent, avant de l'intégrer, dans le troisième article, dans différents contextes socio-économiques qui lui sont associés et observés dans le registre ethno-historique. Nos résultats montrent que la composition du régime alimentaire humain et, par-là, le retour énergétique quotidien, sont influencés par l'organisation sociale entre les membres d'un groupe, la stratégie de chasse et la technologie associée afin d’exploiter une garenne. Particulièrement, la rentabilité de l’exploitation des ressources est encore plus grande si les femmes, les enfants et les ainés sont impliqués dans l’exploitation des garennes à travers des battues et/ou l’aide de filets. Par conséquent, cette thèse expose que le développement de formations socio-culturelles optimales basées sur une division des tâches de subsistance selon l’âge et/ou le sexe (et de la technologie qui leur est associée) a pu permettre aux groupes humains de s'adapter aux environnements de la Péninsule Ibérique au Dernier Maximum Glaciaire. Finalement, le lapin ayant probablement été un complément alimentaire important pendant cette période, cette thèse souligne la nécessité de considérer son exploitation (et celle de petites faunes en général) lors de l’interprétation du registre zooarchéologique car des changements d’un point de vue économique, technologique mais aussi socio-culturel dans les modes de subsistance adoptés dans le passé peuvent être ainsi appréhendés. / The introduction of small fauna into the human diet in the past is an essential research topic in the understanding of hunter-gatherer subsistence patterns, particularly in the Upper Paleolithic. During this period, and particularly during the Last Glacial Maximum, the European rabbit (Oryctolagus cuniculus) dominates the faunal assemblages of many archaeological sites in the Iberian Peninsula. Several hypotheses have been proposed to understand the role played by this small game in the subsistence of past human groups. Nevertheless, the number and diversity of these hypotheses first reflect a lack of agreement as to the extent to which rabbits played a role in subsistence during this period in the Iberian Peninsula. Secondly, they underline the complexity of understanding the economic, technological, environmental, and social implications of rabbit exploitation. From these observations, I established as the problematic to explore the potential motivations behind rabbit hunting, and to apprehend the relationship between humans and this small game, with the aim of providing a better understanding of the subsistence patterns adopted during this period in Iberia. The approach developed in this thesis is based on that the explanation of why humans exploited rabbits must be addressed by an understanding of how humans hunted them. If we are to analyze human diet in the past, we must indeed understand how humans made their hunting decisions. To this end, one of the theoretical frameworks mainly used in archaeology, the Optimal Foraging Theory, has been adopted, complemented by Agent-Based Modeling. I divided the problematic into three distinct and complementary research questions, each the subject of a publication. In the first article, the application of the Diet Breadth Model derived from the Optimal Foraging Theory enabled us to observe that the exploitation of a warren is optimal when several individuals capture a minimum of 7 rabbits using nets during the Las Glacial Maximum in the Iberian Peninsula. In the second paper, we carried out simulation experiments through the development of an Agent-Based Model to assess the implications of this type of exploitation in a more realistic environment in which humans interact, before integrating it, in the third paper, into different socio-economic contexts related to it and observed in the ethno-historical record. Our results show that the composition of the human diet and, consequently, the daily energetic return are influenced by the social organization between group members, the hunting strategy and the associated technology employed for exploiting a warren. In particular, the energetic efficiency of resource exploitation is even greater if women, children, and elders are involved in exploiting warrens through net hunting and/or drives. Consequently, this thesis argues that the development of optimal socio-cultural group configurations based on an age and/or gender-based division of labor (and their associated technology) may have enabled human groups to successfully adapt to the environments of the Iberian Peninsula during the Last Glacial Maximum. Finally, as rabbit was probably an important energetic source during this period, this thesis highlights the need to consider its exploitation (and that of small game in general) when interpreting the zooarchaeological record, as not only economic and technological, but also socio-cultural changes in subsistence patterns adopted in the past can be apprehended.