Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-03T16:28:18Z No. of bitstreams: 1 fabianoamarantedefreitas.pdf: 16474266 bytes, checksum: bae419525a902453bbb8cb2e600b89f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-03T21:29:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fabianoamarantedefreitas.pdf: 16474266 bytes, checksum: bae419525a902453bbb8cb2e600b89f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-03T21:29:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fabianoamarantedefreitas.pdf: 16474266 bytes, checksum: bae419525a902453bbb8cb2e600b89f3 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na atual conjuntura neoliberal, o bem água tem sido transformado em um dos principais “objetos” de compra e venda. As crises de gestão, agravadas pela diminuição das chuvas dos últimos anos colocou em cheque a garantia do acesso a esse bem. A Represa de São Pedro é um exemplo característico dessa situação. Atualmente supre cerca de 8% do abastecimento público de Juiz de Fora/MG. Sua bacia de contribuição sofre acelerado processo de ocupação e forte pressão imobiliária, onde a manutenção das Áreas de Preservação Permanente – APPs é deixada de lado. O monitoramento de variáveis limnológicas possibilita inferir sobre as condições do recurso hídrico, além de oferecer indicativos da dinâmica natural ou antrópica compreendida na bacia hidrográfica que irão refletir nas condições da água. Assim, a presente pesquisa teve por objetivo identificar as relações existentes entre o uso e cobertura da terra e a qualidade da água da Bacia de contribuição da Represa de São Pedro - BCRSP, monitorada através do levantamento de dados limnológicos, índice de qualidade das águas (IQAs) e análises estatísticas multivariadas. Foram analisados 15 parâmetros mensalmente durante o período de maio de 2012 a abril de 2014 em quatro pontos de monitoramento: nascente do córrego São Pedro – P1, exutório do córrego São Pedro (na represa) – P2, exutório do córrego Grota do Pinto (na represa) – P3 e captação – P4. A metodologia seguiu os preceitos de APHA (2012). Além disso, foi elaborada, através de imagens do satélite Landsat 8 e de dados disponibilizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE, uma carta de uso e cobertura da terra da BCRSP extraindo as seguintes classes: mata, pasto, área com processo erosivo atuante, área ocupada, vegetação de alagado e represa. A quantificação dessas classes foi relacionada aos resultados das análises estatísticas e do IQA, contribuindo na verificação dos fatores atuantes sobre a qualidade e quantidade das águas. Procedeu-se à comparação dos resultados das variáveis pela Resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) número 357 de 17 de março de 2005 e alguns parâmetros extrapolaram fortemente as prerrogativas estabelecidas para a classe 1 a qual o córrego São Pedro é enquadrado. Os IQAs da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) e do Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM) adaptado foram utilizados no intuito de verificar as condições de qualidade das águas da bacia. O IQA médio no P1 e P4 pelo IGAM adaptado foi classificado como “bom”, já no P2 e P3 como “médio. Pelos critérios da CETESB não ocorreram distinções, classificando a água em todos os pontos como “boa”. A análise fatorial juntamente VIII com a análise de componentes principais (AF/ACP) foi empregada visando à identificação dos parâmetros mais influentes na variação total dos dados e quais carecem de monitoramento contínuo. A identificação dos fatores latentes às variáveis de destaque em cada componente permitiu inferir sobre os fenômenos que condicionam alterações na dinâmica dessas e assim corroborar na gestão. Os resultados da AF/ACP indicaram que a dinâmica das variáveis no P1 é complexa e se relaciona, na maioria das vezes, a fatores naturais que necessitam de maiores investigações. Nos demais pontos, pode-se dizer que o escoamento superficial e a poluição pontual por despejos de esgoto se caracterizaram como os principais fatores latentes às componentes encontradas após aplicação do fator Varimax – FV. Os resultados demonstraram o quanto a ocupação desordenada e o elevado revolvimento de terras influenciam negativamente na qualidade das águas do manancial em questão. Concluiu-se que os resultados de todas as análises apontaram para um problema comum: os interesses especulativos sobressaem aos interesses comuns. / Dans l’actuelle conjoncture néolibérale, l’eau s’est transformée en une des principales marchandises. Les crises de gestion, aggravées par la diminution des précipitations ont remis en question l’accès à ce bien. Le réservoir de São Pedro est un exemple caractéristique de cette situation. Il participe actuellement à 8% de l’approvisionnement en eau potable de Juiz de Fora/MG. Son bassin de contribution est impacté par un processus d’occupation et une forte pression immobilière, la conservation des Aires de Protection Permanente – APPs est laissée de côté. La surveillance des variables limnologiques permet de définir l’état de la ressource hydrique, en plus de d’offrir des informations sur la dynamique naturelle ou anthropique du bassin versant et qui se reflètent sur la qualité de l’eau. Ainsi, la présente recherche a eu pour objectif d’identifier les relations existantes entre l’usage et la couverture du sol, et la qualité de l’eau dans le bassin de contribution du réservoir de São Pedro, surveillée á travers les variables limnologiques, Indices de Qualité de l’Eau (IQEs), et des analyses statistiques multi-variées. Quinze paramètres de qualité de l’eau ont été analysés mensuellement durant la période de Mai 2012 à Avril 2014 pour quatre points de collecte : Source du ruisseau São Pedro – P1, embouchure du ruisseau São Pedro (dans le réservoir) – P2, embouchure du ruisseau Grota do Pinto (dans le réservoir) – P3 et captage dans le réservoir – P4. La méthodologie a suivi les préceptes de l’APHA (2012). En outre, une carte d’usage et couverture du sol fut élaborée à partir des images du satellite Landsat 8 et de données mises à disposition par l’Institut Brésilien de Géographie et de Statistiques – IBGE, délimitant les classes suivantes : forêt, pâturage, zones subissant un processus érosif, aires occupées, lit majeur et réservoir. Cette carte d’usage et occupation du sol a été corrélée avec les résultats des analyses statistiques et de l’IQE, et a contribué à la vérification des facteurs qui influent sur la quantité et la qualité de l’eau. Il a été procédé à la comparaison des résultats des analyses avec les valeurs de la Résolution du Conseil National de l’Environnement (CONAMA) numéro 357 du 17 Mars 2005 et quelques paramètres dépassent lourdement les prérogatives établies pour la Classe 1 à laquelle le ruisseau São Pedro appartient. Les IQEs de la Compagnie Environnementale de l’État de São Paulo (CETESB) et de l’Institut du Minas Gerais de Gestion des Eaux (IGAM) adapté ont été utilisés pour vérifier la qualité des eaux du bassin de contribution. L’IQE moyen pour les points P1 et P4 selon l’IGAM adapté fut « bon » et pour le P2 et le P3 il fut « moyen ». Selon les critères de la CETESB il n’y a pas eu de distinctions entre les points, tous les points ont été classifiés comme « bon ». L’Analyse X Factorielle conjointement avec l’Analyse en Composantes Principales a été employée pour l’identification des paramètres les plus influents dans la variation totale des données et donc ceux qui seraient les plus intéressants de surveiller régulièrement. L’identification des facteurs latents aux paramètres de qualité l’eau ont permis d’inférer sur la nature des phénomènes qui conditionnent les altérations de ces paramètres et ainsi collaborer dans la gestion du bassin versant du réservoir. Les résultats de l’AF/ACP indiquèrent que la dynamique des paramètres de qualité de l’eau pour le P1 est complexe et qu’elle est due, la plupart du temps, à des facteurs naturels, nécessitant tout de même plus de recherches. Pour les autres points, le ruissellement et la pollution ponctuelle par des eaux d´égouts sont les variables latentes qui caractérisent les composantes principales (FV) après l’application de l’algorithme de rotation Varimax. Les résultats démontrèrent à quel point l’occupation désordonnée et les mouvements de terre dans le bassin de contribution influencent de manière négative les eaux destinés à l’approvisionnement public. Les résultats des analyses montrent un problème commun : les intérêts particuliers, spéculatifs, surpassent l’intérêt public.

La conception des bâtiments selon le code sismique européen ne prend pas en compte les effets de l'interaction sol-structure (ISS). L'objectif de cette recherche est de proposer une technique de modélisation pour prendre en compte l’ISS et l'interaction structure-sol-structure (ISSS). L'approche de propagation unidirectionnelle d’une onde à trois composantes (1D-3C) est adoptée pour résoudre la réponse dynamique du sol. La technique de modélisation de propagation unidirectionnelle d'une onde à trois composantes est étendue pour des analyses d'ISS et ISSS. Un sol tridimensionnel (3D) est modélisé jusqu'à une profondeur fixée, où la réponse du sol est influencée par l’ISS et l’ISSS, et un modèle de sol 1-D est adopté pour les couches de sol plus profondes, jusqu'à l'interface sol-substrat. Le profil de sol en T est assemblé avec une ou plusieurs structures 3-D de type poteaux-poutres, à l’aide d’un modèle par éléments finis, pour prendre en compte, respectivement, l’ISS et l’ISSS dans la conception de bâtiments. La technique de modélisation 1DT-3C proposée est utilisée pour étudier les effets d’ISS et analyser l'influence d'un bâtiment proche (l'analyse d’ISSS), dans la réponse sismique des structures poteaux-poutres. Une analyse paramétrique de la réponse sismique des bâtiments en béton armé est développée et discutée pour identifier les paramètres clé du phénomène d’ISS, influençant la réponse structurelle, à introduire dans la conception de bâtiments résistants aux séismes. La variation de l'accélération maximale en haut du bâtiment avec le rapport de fréquence bâtiment / sol est tracée pour plusieurs bâtiments, chargés par un mouvement à bande étroite, excitant leur fréquence fondamentale. Dans le cas de sols et de structures à comportement linéaire, une tendance similaire est obtenue pour différents bâtiments. Cela suggère l'introduction d'un coefficient correcteur du spectre de réponse de dimensionnement pour prendre en compte l’ISS. L'analyse paramétrique est répétée en introduisant l'effet de la non-linéarité du sol et du béton armé. La réponse sismique d'un bâtiment en béton armé est estimée en tenant compte de l'effet d'un bâtiment voisin, pour un sol et des structures à comportement linéaire, dans les deux cas de charge sismique à bande étroite excitant la fréquence fondamentale du bâtiment cible et du bâtiment voisin. Cette approche permet une analyse efficace de l'interaction structure-sol-structure pour la pratique de l'ingénierie afin d'inspirer la conception d'outils pour la réduction du risque sismique et l'organisation urbaine. / Building design according to European seismic code does not consider the effects of soil-structure interaction (SSI). The objective of this research is to propose a modeling technique for SSI and Structure-Soil-Structure Interaction (SSSI) analysis. The one-directional three-component (1D-3C) wave propagation approach is adopted to solve the dynamic soil response. The one-directional three-component wave propagation model is extended for SSI and SSSI analysis. A three-dimensional (3-D) soil is modeled until a fixed depth, where the soil response is influenced by SSI and SSSI, and a 1-D soil model is adopted for deeper soil layers until the soil-bedrock interface. The T-soil profile is assembled with one or more 3-D frame structures, in a finite element scheme, to consider, respectively, SSI and SSSI in building design. The proposed 1DT-3C modeling technique is used to investigate SSI effects and to analyze the influence of a nearby building (SSSI analysis), in the seismic response of frame structures. A parametric analysis of the seismic response of reinforced concrete (RC) buildings is developed and discussed to identify the key parameters of SSI phenomenon, influencing the structural response, to be introduced in earthquake resistant building design. The variation of peak acceleration at the building top with the building to soil frequency ratio is plotted for several buildings, loaded by a narrow-band motion exciting their fundamental frequency. In the case of linear behaving soil and structure, a similar trend is obtained for different buildings. This suggests the introduction of a corrective coefficient of the design response spectrum to take into account SSI. The parametric analysis is repeated introducing the effect of nonlinear behaving soil and RC. The seismic response of a RC building is estimated taking into account the effect of a nearby building, for linear behaving soil and structures, in both cases of narrow-band seismic loading exciting the fundamental frequency of the target and nearby building. This approach allows an easy analysis of structure-soil-structure interaction for engineering practice to inspire the design of seismic risk mitigation tools and urban organization.

Le problème de la restauration est rencontré dans domaines très variés notamment en traitement de signal et de l'image. Il correspond à la récupération des données originales à partir de données observées. Dans le cas de données multidimensionnelles, la résolution de ce problème peut se faire par différentes approches selon la nature des données, l'opérateur de transformation et la présence ou non de bruit. Dans ce travail, nous avons traité ce problème, d'une part, dans le cas des données discrètes en présence de bruit. Dans ce cas, le problème de restauration est analogue à celui de la segmentation. Nous avons alors exploité les modélisations dites chaînes de Markov couples et triplets qui généralisent les chaînes de Markov cachées. L'intérêt de ces modèles réside en la possibilité de généraliser la méthode de calcul de la probabilité à posteriori, ce qui permet une segmentation bayésienne. Nous avons considéré ces méthodes pour des observations bi-dimensionnelles et nous avons appliqué les algorithmes pour une séparation sur des documents issus de manuscrits scannés dans lesquels les textes des deux faces d'une feuille se mélangeaient. D'autre part, nous avons attaqué le problème de la restauration dans un contexte de séparation aveugle de sources. Une méthode classique en séparation aveugle de sources, connue sous l'appellation "Analyse en Composantes Indépendantes" (ACI), nécessite l'hypothèse d'indépendance statistique des sources. Dans des situations réelles, cette hypothèse n'est pas toujours vérifiée. Par conséquent, nous avons étudié une extension du modèle ACI dans le cas où les sources peuvent être statistiquement dépendantes. Pour ce faire, nous avons introduit un processus latent qui gouverne la dépendance et/ou l'indépendance des sources. Le modèle que nous proposons combine un modèle de mélange linéaire instantané tel que celui donné par ACI et un modèle probabiliste sur les sources avec variables cachées. Dans ce cadre, nous montrons comment la technique d'Estimation Conditionnelle Itérative permet d'affaiblir l'hypothèse usuelle d'indépendance en une hypothèse d'indépendance conditionnelle / The restoration problem is usually encountered in various domains and in particular in signal and image processing. It consists in retrieving original data from a set of observed ones. For multidimensional data, the problem can be solved using different approaches depending on the data structure, the transformation system and the noise. In this work, we have first tackled the problem in the case of discrete data and noisy model. In this context, the problem is similar to a segmentation problem. We have exploited Pairwise and Triplet Markov chain models, which generalize Hidden Markov chain models. The interest of these models consist in the possibility to generalize the computation procedure of the posterior probability, allowing one to perform bayesian segmentation. We have considered these methods for two-dimensional signals and we have applied the algorithms to retrieve of old hand-written document which have been scanned and are subject to show through effect. In the second part of this work, we have considered the restoration problem as a blind source separation problem. The well-known "Independent Component Analysis" (ICA) method requires the assumption that the sources be statistically independent. In practice, this condition is not always verified. Consequently, we have studied an extension of the ICA model in the case where the sources are not necessarily independent. We have introduced a latent process which controls the dependence and/or independence of the sources. The model that we propose combines a linear instantaneous mixing model similar to the one of ICA model and a probabilistic model on the sources with hidden variables. In this context, we show how the usual independence assumption can be weakened using the technique of Iterative Conditional Estimation to a conditional independence assumption

Cette thèse est dédiée à l'étude des fluctuations non-linéaires dans les condensats de Bose-Einstein à deux composantes. On présente dans le premier chapitre la dynamique de champ moyen des condensats à deux composantes et les différents phénomènes typiques associés au degré de liberté spinoriel. Dans ce même chapitre, on montre que la dynamique des excitations se sépare en deux modes distincts : un mode dit de densité correspondant au mouvement global des atomes à l'intérieur du condensat et un mode dit de polarisation correspondant à la dynamique relative entre les deux espèces constituant le condensat. Ce calcul est généralisé dans le deuxième chapitre où l'on montre que le mode de polarisation persiste en présence d'un couplage cohérent entre les deux composantes. En particulier on analyse la stabilité modulationnelle du mode en déterminant, à l'aide d'une analyse multi-échelle, la dynamique des excitations non-linéaires. On montre alors que les excitations de polarisation, au contraire des excitations de densité, souffrent d'une instabilité de Benjamin-Feir. Cette instabilité est stabilisée aux grandes impulsions par une résonance onde longue - onde courte. Enfin dans le dernier chapitre, on dérive de façon non-perturbative la dynamique de polarisation proche de la limite de Manakov, dynamique quise révèle être régie par une équation de Landau-Lifshitz sans dissipation. Les équations de Landau-Lifshitz appartiennent à une hiérarchie d'équations intégrables (hiérarchie Ablowitz-Kaup-Newell-Segur) et on étudie les solutions à une phase à l'aide de la méthode d'intégration finite-gap ; on détermine notamment à l'aide de cette méthode un nouveau type de soliton pour les condensats à deux composantes. Finalement, profitant de l'intégrabilité du système, on résout le problème de Riemann à l'aide de la théorie de modulation de Whitham et on montre que les condensats à deux composantes peuvent propager des ondes de raréfaction ainsi que des ondes de choc dispersives ; on décrit notamment la modulation de ces ondes de choc par la propagation d'ondes simples et d'ondes de contact d'invariants de Riemann. / This thesis is devoted to the study of nonlinear fluctuations in two-component Bose-Einstein condensates. In the first chapter we derive the mean field dynamics of two-component condensates and we present the distinctive phenomena associated to the spinorial degree of freedom. In the same chapter, we show that the dynamics of the excitations is divided in two distinct modes: a so-called density mode which corresponds to the global motion of the atoms, and a so-called polarization mode which corresponds to the relative motion between the two species composing the condensate. The computation is generalized in the second chapter in which we demonstrate that the polarization mode remains in presence of a coherent coupling between the two components. In particular we study the modulational stability of the mode and we determine through a multi-scaling analysis the dynamics of non-linear excitations. We show that the excitations of polarization undergo a Benjamin-Feir instability contrary to the density excitations. This instability is then stabilized in the short wavelength regime by a long wave - short wave resonance. Finally in the last chapter, we derive in a non-perturbative way the polarisation dynamics close the Manakov limit.In this limit, the dynamics proves to be governed by a Landau-Lifshitz equation without dissipation. Landau-Lifshitz equations belong to a hierarchy of integrable equations (Ablowitz-Kaup-Newell-Segur hierarchy) and we derive the single-phase solutions thanks to the finite-gap method; in particular we identify a new type of soliton for the two-component Bose-Einstein condensates. Finally, taking advantage of the integrability of the system, we solve the Riemann problem thanks to the Whitham modulation theory and we show that the two-component condensates can propagate rarefaction waves as well as dispersive shockwaves; we describe the modulation of the shockwaves by the propagation of simple waves and contact waves of Riemann invariants.

L’adaptation des individus à un environnement dépend d’une combinaison de caractères adaptatifs, les traits d’histoire de vie, qui impactent la valeur sélective. Pour comprendre comment les organismes s’adaptent à leur environnement, on peut étudier quelles sont les traits composants la valeur sélective et comment ils dépendent de l’environnement biotique et abiotique. Au cours de cette thèse, je me suis intéressé aux composantes de la valeur sélective dans un environnement saisonnier et à ses conséquences sur la dynamique évolutive des traits quantitatifs.Pour cela, j’ai utilisé une approche de modélisation mathématique d’une évolution expérimentale de l’espèce modèle Saccharomyces cerevisiae en cultures successives en batch. La levure de boulanger S. cerevisiae ici étudiée présente un cycle de vie respiro-fermentaire : en présence de glucose, elle le consomme par fermentation tout en produisant de l’éthanol, qui sera consommé dans un deuxième temps par respiration. Les souches de levures évoluent au cours de cycles successifs de fermentation-respiration. A intervalles de temps réguliers, des cellules sont transférées dans un nouveau milieu contenant du glucose où elles effectuent un nouveau cycle. J’ai développé un modèle mathématique d’équations différentielles pour étudier quels sont les traits sélectionnés dans les différentes saisons dans ce dispositif expérimental et comment l’environnement abiotique, l’environnement biotique et les relations entre les traits, impactent leur évolution.Dans un premier temps, j’ai développé et paramétré un modèle d’équations différentielles décrivant la dynamique d’une population multi-souches au cours d’un batch (chapitre 1). J’ai ensuite proposé une décomposition de la valeur sélective et étudié quels traits sont sous sélection, et comment les pressions de sélection changent avec la composition de la population (chapitre 2). Deux types de traits sélectionnés ont pu être mis en évidence : les traits d’histoire de vie, liés au taux de croissance et à la mortalité, et les traits de transition, qui correspondent à la façon dont les souches réagissent aux changements de l’environnement. J’ai également montré que l’importance de chacune des composantes de la valeur sélective est lié à ces traits et à des traits non sélectionnés, via la longueur des différentes saisons. Au cours de l’évolution, ces composantes sont modifiées ce qui modifie la force de la sélection sur chaque trait. Ce phénomène de boucles de rétroaction éco-évolutives permet de mieux comprendre pourquoi la valeur sélective est fréquence-dépendante.Dans un second temps, j’ai utilisé des simulations d’un modèle de dynamique adaptative pour montrer que l’existence d’un trade-off entre deux traits dans la population ancêtre pouvaient entraîner l’émergence d’autres relations entre un trait sélectionné et un trait non-sélectionné au cours de l’évolution (chapitre 3).Enfin, pour mettre en regard les prédictions issues de modèles théoriques et des observations expérimentales, j’ai analysé deux jeux de données à travers le prisme de mon modèle mathématique (chapitre 4). Le premier jeu de données concerne le phénotypage de souches évoluées en batch successifs et leurs ancêtres. L’estimation des paramètres du modèle pour chacune des souches du jeu de données et leur analyse montrent que les traits liés à l’éthanol, sa consommation et sa production ont été principalement sélectionnés. Le second jeu de données, obtenu à partir de compétitions entre plusieurs couples de souches aillant des traits d’histoire de vie contrastés, a permis de mettre en évidence des différences de valeur sélective entre souches et de les relier avec des différences de traits phénotypiques, en cohérence avec les prédictions théoriques. / Adaptation of species to their environment involves combinations of traits, and in particular life history traits, that influence an organism's selective value. To understand the complexity of adaptation, it is appropriate to decipher the contributions of traits to fitness in the presence of different biotic and abiotic environments. In this thesis, I have investigated fitness components when the environment is seasonal, revealing how such components drive the evolutionary dynamics of quantitative traits.My work is based on the mathematical modeling of experimental evolutions in successive batch cultures of Saccharomyces cerevisiae (baker's yeast). The life cycle of this yeast species is of the respiration-fermentation type: (i) in the presence of glucose, it grows by fermentation, transforming glucose into ethanol; (ii) once glucose has been consumed, it grows by respiration, consuming this time ethanol. This sequence corresponds to the two « seasons » in a batch culture and leads to a cycle of successive batches if cells are periodically transferred into fresh medium. By using differential equations for the time courses, my thesis work shows how growth dynamics and environmental features (abiotic or biotic) generate selection pressures on the different traits during these successive seasons, thereby determining evolutionary trajectories.To describe batch dynamics, I first developed and calibrated a set of differential equations describing the growth dynamics of a population of yeast cells throughout a batch, allowing for one or multiple strains to be present (Chapter 1). Based on this model where cells divide without changing genotype, I then showed that a strain's fitness can be understood in terms of just a few components that are easily specified mathematically. I was then able to determine which traits were under selection and how the corresponding selection pressures were affected by the abundances of each strain in the yeast population (Chapter 2). Selected traits were found to be of two types: life history traits associated with growth and mortality rates, and “transition” traits that correspond to the way a strain reacts to environmental change. I also showed that the contributions of the different fitness components are tied to both selected and non-selected traits via the lengths of seasons. Thus, during population dynamics arising across successive batches, these components change, modifying the selection pressure on each trait. One therefore has a feedback loop, revealing why fitness is frequency-dependent in this system.Next, using the fitness decomposition, I studied adaptive dynamics in successive batch cultures. In such a framework where genotypic changes were allowed, and assuming that there was a trade-off between two traits, I showed that adaptive evolutionary dynamics could lead to the emergence of new relations between selected and non-selected traits (Chapter 3).Furthermore, in order to compare my theoretical predictions to experimental results, I used mathematical and statistical models to analyze two datasets (Chapter 4). The first dataset provides trait measurements in “evolved” strains, i.e., strains obtained after evolution across successive batches, as well as of those same traits in the “ancestral” strains at the origin of the experimental evolution. Parameters inference for the different strains showed that selection had operated mainly on ethanol-related traits (production and consumption). A second dataset was obtained from batch experiments putting strains in competition with one another; the analysis showed that my theoretical modeling well predicted the roles of the different traits for determining the relative fitness of the strains.

Les processus biologiques sont nombreux et leurs interactions complexes. Les mesures de cesphénomènes génèrent des biomarqueurs multiples. Ainsi, l’épidémiologie doit évoluer dans cecontexte de données complexes et de nature multidimensionnelle. Les maladies du systèmeimmunitaire et les troubles immunologiques qui leur sont associés constituent un bon exemplede pathologies où les questions clinico-épidémiologiques sont de plus en plus complexes,nécessitant des méthodes biostatistiques et épidémiologiques adaptées. Dans cette thèsed’Université, des méthodes permettant de prendre en compte les difficultés méthodologiquesgénérées par les données d’immunologie sont présentées autour de trois applicationscliniques. Notre approche consiste en l’utilisation de méthodes intégratives qui prennent encompte l’ensemble des mesures concernant une pathologie donnée. Nous montrons l’intérêtde l’analyse en composantes principales et de la classification hiérarchique ascendante pourrésumer et extraire l’information de données multiples de cytométrie en flux et celui desmodèles d’équations structurelles pour l’étude de relations complexes entre variables lors deprocessus multifactoriels. Enfin, via l’exemple d’un modèle de reconstitution immunitaireasymptotique utilisant une fonction exponentielle, nous illustrons l’importance de s’appuyersur la structure même des données et sur la compréhension des mécanismes biologiques quisous-tendent la variabilité de ces données dans la réflexion qui concourt au choix d’un modèlestatistique. Les méthodes et la réflexion proposées dans cette thèse sont transposables àd’autres domaines d’application avec des données multiples complexes. / Numerous biological processes with potentially complex interactions exist. Measurements ofthese processes allow to produce multiple biomarkers. Thus, there is a need for epidemiologyto evolve within the context of complex and multidimensional data. Immune system diseasesand associated immune disorders are an example of a field where clinical and epidemiologicalissues are increasingly complex, requiring appropriate statistical and epidemiologicalmethods. In this thesis, methods taking into account methodological difficulties generated byimmunology data are presented through three motivating examples. The general paradigm ofour approach is to take into account all measurements on a given pathology using integrativemethods. We propose principal component analysis and hierarchical clustering to summarizemultidimensional cytometry data and structural equation modelling for dealing with complexrelationships between variables in multifactorial processes. Then, through the example of anasymptotic model of immune reconstitution using an exponential function, we illustrate theimportance about the data’s structure and the biological mechanisms underlying its variabilitywhen building a mathematical model. The methods and the thinking advocated in this thesisare transposable to other research domains with complex data.

L’analyse du champ d’ondes est un prérequis essentiel à l’étude de la propagation des ondes sismiques qui permet à son tour d’améliorer notre compréhension des processus physiques liés à la nature de la source et notre connaissance des milieux de propagation. L’objectif de cette thèse est de développer des techniques de traitement du signal afin d’améliorer l’exploitation des informations apportées par les stations et les antennes 3 composantes dans le but de caractériser le champ d’ondes sismiques. Elle se concentre sur les analyses de polarisation, leur extension aux antennes 3 composantes et leur utilisation conjointe avec des traitements d’antenne classiques. La thèse revient sur les approches existantes qui tentent d’étendre le traitement d’antenne aux 3 composantes. Ces méthodes existantes se montrent complexes et leur utilisation reste limitée, la thèse suggère deux méthodes alternatives associant successivement traitement d’antenne et polarisation. Afin d’exploiter au mieux les analyses de polarisation, un système standardisé de paramètres décrivant la polarisation est développé et associé à une solution de visualisation permettant de regrouper l’ensemble des paramètres essentiels à l’interprétation sur une figure unique. Finalement, une étude de polarisation sur l’antenne 3 composantes du LSBB (Laboratoire Souterrain Bas Bruit) démontre la possibilité d’utiliser la cohérence spatiale de la polarisation comme aide pour l’interprétation des sismogrammes / The analysis of the seismic wavefield is an essential pre-requisite to the study of seismic wave propagation which in turns helps improving our understanding of the physical processes behind the sources and our knowledge of the propagation medium. The objective of this thesis is to further develop signal processing techniques to more fully exploit the information brought by the 3 component stations and arrays in order to characterize the seismic wavefield. The thesis work focuses on polarization analysis, its extension to 3-component arrays and its joint use with classical array processing. A review of the existing methods that attempt to extend array processing to the 3-components leads to the observation that these methods are complex and their use is limited. Therefore, two alternative methods that associate array processing and polarization sequentially are suggested. In order to best exploit the polarization analyses, a standardized parametrization system describing the polarization is developed and associated with a visualization solution regrouping all the parameters necessary for the interpretation on one figure. Finally, a polarization analysis performed on data from the LSBB 3-component array demonstrates the possibility to use spatial coherency to assist with the interpretation of seismograms

Notre but était de mieux comprendre les mécanismes associés à la récupération en mémoire à court terme acoustique à l’aide de mesures électrophysiologiques. La tâche utilisée était une version modifiée de la tâche de Sternberg dans laquelle les participants devaient retenir deux, quatre ou six sons purs hors de la gamme musical bien tempérée, ne pouvant pas être facilement recodés verbalement. Après un intervalle de rétention silencieux, ils entendaient un son et devaient indiquer si celui-ci était présent ou absent dans l’ensemble mémoire. En utilisant plusieurs conditions de charge et en contrôlant pour les durées de stimulation, nous avons comparé les effets de position sérielle, ainsi que les effets de charge, sur les données comportementales et sur les données électrophysiologiques mesurées lors du balayage mnésique. Notamment, nous avons trouvé un effet de récence important peu importe le nombre d’items mémorisés, se traduisant par des temps de réponses courts et des taux de bonne réponse presque parfaits, ainsi que par l’augmentation de l’amplitude de la P3, une composante de potentiels reliés aux évènements (PRE). Les données liées aux autres positions sérielles étaient similaires, indépendamment de la charge mnésique, et montraient des performances moins bonnes et une P3 moins ample. Une méthode de décomposition du signal, l’analyse en composantes indépendantes (ACI) nous a permis d’observer et de décrire les différences électrophysiologiques, dans le temps, entre la récupération d’un son parfaitement retenu (le dernier) et celle d’un son peu retenu. Nos résultats suggèrent l’existence de deux sous-types de mémoire sensorielle. / We aimed to understand better the processes involved in acoustic short-term memory retrieval using electrophysiology. We used a modified Sternberg task in which participants had to encode two, four, or six pure non-musical tones (out of the well-tempered musical scale) that cannot be readily recoded verbally. After a silent retention interval, we presented them with a probe tone and they had to report its presence or absence in the memory set. By using multiple load conditions, and by controlling for stimulation duration, we compared the serial position effects, as well as the load effects, on behavioral and electrophysiological data during memory scanning. In particular, we found a recency effect, similar across loads, where shorter response times, near perfect accuracy, and an increased P3 amplitude in the event-related potential (ERP) data were observed. Serial position data for all other positions were similar regardless of the memory load and showed lower performances (response times and accuracy), as well as smaller P3 components. We also performed a signal decomposition analysis, the independent component analysis (ICA), which allowed us to observe and describe better the time courses of the electrophysiological data for the retrieval of a perfectly memorised tone (the last one), and a lesser memorised one (any other serial position). Our results suggest the existence of two subtypes of sensory memory.

La thèse est dédiée au développement des sondes à base de capteurs magnétorésistifs capable de détecter les trois composantes du champ simultanément pour le contrôle non destructif par courants de Foucault et pour l’imagerie magnétique. Une première partie donne un aperçu de l’état de l’art des capteurs et des méthodes d’imagerie et du contrôle. Dans une seconde partie, la réalisation des sondes trois axes est donnée. Cela a inclus la micro fabrication, la réalisation de l’électronique de lecture, la conception et la réalisation de la partie mécanique et d’émission. Pour cela un travail important de simulation a été nécessaire. L’application de ces sondes sur des cas modèle pour l’imagerie magnétique avec une résolution submillimétrique est ensuite décrite. La sonde proposée dans cette thèse a été aussi utilisée avec succès pour détecter des défauts dans des échantillons d'aluminium et de titane avec un bon rapport signal sur bruit. / The thesis is dedicated to the development of probes based on magnetoresistive sensors capable of detecting the three components of the field simultaneously for eddy current non-destructive testing and for magnetic imaging. A first part provides an overview of the state of the art of sensors, and imaging and control methods. In a second part, the realization of the three-axis probes is given. This included the micro-fabrication, the realization of the reading electronics, the design and realization of the mechanical part and emission. For this, an important simulation work was necessary. The application of these probes to model cases for magnetic imaging with submillimeter resolution is then described. The probe proposed in this thesis has also been used successfully to detect defects in aluminum and titanium samples with a good signal-to-noise ratio.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens. Aucun facteur de risque modifiable n’a été identifié, mais l’alimentation pourrait être impliquée. Les profils alimentaires, décrivant l’ensemble de l’apport alimentaire, constituent une approche de recherche prometteuse. L’objectif général de cette thèse était d’évaluer le rôle des profils alimentaires et du niveau de transformation des aliments sur le risque de cancer de la prostate. Les données colligées dans une vaste étude cas-témoins populationnelle menée chez les résidents montréalais ont été utilisées. Les 1919 cas incidents histologiquement confirmés étaient âgés de 75 ans ou moins et avaient été diagnostiqués entre 2005 et 2009. Les 1991 témoins ont été sélectionnés aléatoirement à partir de la liste électorale, puis appariés aux cas selon l’âge (± 5 ans). Les informations concernant l’alimentation ont été recueillies avec un questionnaire de fréquence alimentaire documentant la consommation deux ans avant le diagnostic ou l’entrevue. Le premier objectif visait à identifier des profils alimentaires parmi les témoins francophones ainsi que les caractéristiques associées à ces profils. Une analyse en composantes principales a permis d’identifier les profils alimentaires Santé, Occidental modifié - Salé et Occidental modifié - Sucré. Le profil Santé a été associé à des niveaux plus élevés de revenu et d’éducation, à un niveau modéré d’activité physique et à un faible niveau de tabagisme. Le profil Occidental modifié - Salé a été associé avec des ethnicités française, européenne (autre que française) ou latine, avec le fait d’être marié ou en union libre, et était inversement associé avec l’âge. Le profil Occidental modifié - Sucré était plus commun chez les hommes d’origine française et chez les consommateurs de suppléments de vitamines et minéraux. Le deuxième objectif visait à évaluer les associations entre les profils alimentaires et le cancer de la prostate. Les rapports de cotes (RC) et intervalles de confiance (IC) à 95% ont été obtenus par régression logistique non conditionnelle ajustée pour les facteurs de confusion. Le profil Santé était inversement associé au risque de cancer de la prostate (RC= 0,76 [IC 95% = 0,61-0,93], en comparant le quartile supérieur au quartile inférieur). Le profil Occidental - Sucré et Boissons était associé à une augmentation du risque de cancer de la prostate (RC= 1,35 [IC 95% =1,10-1,66], quartile supérieur vs inférieur). Ces résultats sont novateurs. Aucune association n’a été observée avec le profil Occidental - Salé et Alcool. Le troisième objectif visait à évaluer l’association entre le niveau de transformation des aliments et le cancer de la prostate. Les aliments transformés étaient associés à une augmentation du risque (RC= 1,32 [IC 95% =1,07-1,62], quartile supérieur vs inférieur) et l’association était légèrement plus prononcée pour les cancers agressifs. En conclusion, ces résultats suggèrent que les profils alimentaires et le niveau de transformation des aliments jouent un rôle dans le développement du cancer de la prostate. Il s’agit d’informations importantes pour soutenir la promotion de saines habitudes de vie et la prévention du cancer de la prostate. / Prostate cancer is the most commonly diagnosed cancer among men in Canada. No modifiable risk factor has been identified, but diet is suspected to play a role. Dietary patterns, which describe the overall dietary intake rather than the consumption of specific foods or nutrients, represent a promising research approach. The general objective of this thesis was to assess the role of dietary patterns and the level of food processing on the risk of prostate cancer. Data collected in a large population-based case-control study conducted among Montreal residents were used. The 1919 histologically confirmed incident cases were 75 years of age or younger and had been diagnosed between 2005 and 2009. Concurrently, the 1991 controls were randomly selected from the electoral list and frequency-matched to cases by age (± 5 years). Food consumption was assessed using a food frequency questionnaire focusing on the period two years before diagnosis or interview. The first objective was to identify dietary patterns among the French-speaking controlsas well as the characteristics associated with these patterns. Principal component analysis led to the identification of three dietary patterns: Healthy, Western modified - Salty and Western modified - Sweet. The Healthy pattern was associated with higher income, education, moderate levels of recreational physical activity and lower levels of smoking. The Western modified – Salty pattern was positively associated with French, other European (other than French), and Latino ancestries, and with married and common-law relationships, whereas it was inversely associated with age. Finally, the Modified Western – Sweet pattern was more common among men of French ancestry and users of vitamin/mineral supplements. The second objective was to assess associations between the different dietary patterns and prostate cancer. Odds ratios (OR) and 95% confidence interval (95% CI) were obtained by unconditional logistic regression adjusting for confounders. The Healthy dietary pattern was inversely associated with prostate cancer (OR = 0,76 [95% CI = 0,61-0,93], highest vs lowest quartile), whereas the Western - Sweet and beverages pattern increased the risk of this cancer (OR = 1,35 [95% CI = 1,10-1,66], highest vs lowest quartile). Both results are novel. The Western - Salty and alcohol pattern was not associated with prostate cancer risk. The third objective was to assess the association between the level of food processing and prostate cancer. The level of food processing in the diet was assigned using the NOVA food classification. Processed foods were associated with an increased risk (OR = 1,32 [95% CI] = 1,07-1,62], highest vs lowest quartile) of prostate cancer, and the association was slightly more pronounced for high-grade prostate cancers. In conclusion, these results suggest that dietary patterns and the level of food processing play a role on the risk of developing prostate cancer. This information is important for promoting a healthy lifestyle and for prostate cancer prevention.