La capacité à répondre aux changements environnementaux est cruciale pour l’établissement et la persistance des populations dans un système hétérogène. Les processus sous-jacents à cette capacité peuvent prendre différentes formes. La grande diversité génétique (et phénotypique) découlant de la reproduction sexuée est un des processus permettant à une population de répondre aux différentes conditions environnementales par la survie d’au moins quelques individus. D’autre part, les processus épigénétiques, en permettant la modification du patron d’expression des gènes, contribuent également à la variation phénotypique. Ces variations peuvent survenir accidentellement (épimutations) ou en réponse à un stimulus environnemental (plasticité). Les processus épigénétiques représenteraient ainsi une alternative à la variation génétique pouvant expliquer le succès écologique des organismes génétiquement identiques. Toutefois, les génotypes ne répondent pas tous de la même façon aux conditions environnementales ; certains génotypes sont considérés comme généralistes et peuvent s’acclimater à une vaste gamme de conditions environnementales alors que d’autres sont plutôt spécialistes et restreints à un type d’environnement donné. L’objectif général de cette thèse est de mettre en évidence certains des processus responsables de la persistance des organismes asexués en déterminant les relations entre la variation épigénétique, la variation phénotypique et les stratégies écologiques. Pour ce faire, des hybrides asexués Chrosomus eos-neogaeus, un poisson à reproduction clonale, ont servi de modèle biologique. Se reproduisant par gynogenèse, les lignées clonales (génotypes) doivent faire face aux mêmes variations environnementales que les espèces parentales sexuées. De plus, la répartition géographique de chacune des lignées suggère la présence de génotypes généralistes et spécialistes. L’analyse de ces lignées en milieux naturels et en milieux contrôlés a permis de décortiquer l’influence des variations génétique, environnementale et épigénétique sur la variation phénotypique. Dans un premier temps, les modèles de stratégies généraliste et spécialiste ont été testés de manière empirique : (i) des analyses génétiques ont permis d’inférer les processus historiques expliquant la diversité et la répartition actuelle des lignées clonales ; (ii) l’analyse du patron de ii méthylation de différentes lignées a permis de déterminer l’importance relative des sources de variations épigénétiques selon les fluctuations environnementales et de les associer à une stratégie écologique : une importante influence de l’environnement ou une plus grande stochasticité dans l’établissement des marques épigénétiques étant associées à la plasticité phénotypique ou au bet-hedging, respectivement ; et (iii) le rôle de la plasticité phénotypique dans la diversification de niches écologiques a été souligné par la comparaison de la variation de la morphologie trophique en milieux naturels et contrôlés. D’autre part, le second volet de cette thèse a permis d’associer un coût (détection d’une instabilité développementale) à la plasticité phénotypique et d’élaborer une hypothèse sur l’existence d’un handicap démographique nécessaire afin d’expliquer la situation contre-intuitive concernant la coexistence des organismes gynogènes et de leurs hôtes sexués. La compréhension des différents mécanismes sous-jacents au succès écologique des organismes face aux variations environnementales permet ainsi une meilleure évaluation de leur potentiel évolutif et fournit des outils supplémentaires pour leur protection face à un environnement changeant. / The capacity to cope with environmental changes is crucial to the establishment and persistence of populations. The processes underlying such a capacity can take different forms. The high genetic (and phenotypic) diversity arising from sexual reproduction is one process that allows to cope with different environmental conditions through the survival of at least a few individuals. On the other hand, epigenetic processes, allowing the modification of gene expression, are also responsible for phenotypic variation. Epigenetic changes may occur accidentally (epimutations) or in response to an environmental stimulus (plasticity). Thus, epigenetics would represent an alternative process to genetic variation to explain the ecological success of genetically identical organisms. However, genotypes are not equally capable of coping with environmental changes. Some genotypes are generalists and can acclimatize to a wide range of environmental conditions, whereas other genotypes are specialized and restricted to narrow environmental conditions. The general objective of this thesis is to highlight the processes responsible for the persistence of asexual organisms by determining the relationship between epigenetic processes, phenotypic variation and ecological strategies. To achieve this, the clonal hybrid fish Chrosomus eos-neogaeus were used as a biological model. By reproducing by gynogenesis, the clonal lineages (genotypes) are distributed among the same environments than the sexual parental species. Moreover, the geographical distribution of the lineages suggests the presence of generalist and specialist genotypes. The analysis of these lineages in natural and controlled conditions allowed to disentangling the influence of genetic, environmental and epigenetic variations on phenotypic variation. On the one hand, generalist and specialist strategies were empirically tested: (i) genetic analyses were used to infer the historical processes explaining the diversity and the current distribution of the clonal lineages; (ii) the comparison of methylation patterns in different lineages allowed to determine the dynamism of the epigenetic processes according to environmental fluctuations and to associate them with an ecological strategy: an important environmental or stochastic effect on epigenetic variation being associated with phenotypic iv plasticity or bet-hedging, respectively; and (iii) the role of phenotypic plasticity in niches diversification was highlighted by comparing individuals’ trophic morphology in natural and controlled conditions. On the other hand, the second part of this thesis has allowed to associate a cost (developmental instability) to phenotypic plasticity and to propose a hypothesis about the existence of a demographic handicap necessary to explain the paradox regarding the coexistence of sexual and asexual sperm-dependent organisms. Understanding these different mechanisms underlying the ecological success of organisms in face of environmental heterogeneity allows us to better establish their evolutionary potential and provides additional tools to protect them against changing environments.

This thesis proposes an Ecosystem perspective for the engineering of SoS and CPS and illustrates the impact of this perspective in three areas of contribution category First, from a conceptual and Systems Engineering perspective, a conceptual framework including the Ecosystems of System Unified Language Modeling (EoS-UML) profile, a set of Ecosystem Ensemble Diagrams, the Arms :Length Trust Model and the Cyber Physical Threat Model are provided. Second, having established this conceptual view of the ecosystem, we recognize unique role of the cryptographic credentials within it, towards enabling the ecosystem long-term value proposition and acting as a value transfer agent, implementing careful balance of properties meet stakeholder needs. Third, we propose that the ecosystem computers can be used as a distributed compute engine to run Collaborative Algorithms. To demonstrate, we define access control scheme, risk-balanced Cellular Access Control (rbCAC). The rbCAC algorithm defines access control within a cyber-physical environment in a manner which balances cost, risk, and net utility in a multi-authority setting. rbCAC is demonstrated it in an Air Travel and Border Services scenario. Other domains are also discussed included air traffic control threat prevention from drone identity attacks in protected airspaces. These contributions offer significant material for future development, ongoing credential and ecosystem design, including dynamic perimeters and continuous-time sampling, intelligent and self optimizing ecosystems, runtime collaborative platform design contracts and constraints, and analysis of APT attacks to SCADA systems using ecosystem approaches.

Cette thèse est motivée par le diagnostic et l’évaluation des maladies neuro-dégénératives et dans le but de diagnostique sur la base de l’attention visuelle.Néanmoins, le dépistage à grande échelle de la population n’est possible que si des modèles de prédiction automatique suffisamment robustes peuvent être construits. Dans ce contexte nous nous intéressons `a la conception et le développement des modèles de prédiction automatique pour un contenu visuel spécifique à utiliser dans l’expérience psycho-visuelle impliquant des patients atteints des maladies neuro-dégénératives. La difficulté d’une telle prédiction réside dans une très faible quantité de données d’entraînement. Les modèles de saillance visuelle ne peuvent pas être fondés sur les caractérisitiques “bottom-up” uniquement, comme le suggère la théorie de l’intégration des caractéristiques. La composante “top-down” de l’attention visuelle humaine devient prépondérante au fur et à mesure d’observation de la scène visuelle. L’attention visuelle peut-être prédite en se basant sur les scènes déjà observées. Les réseaux de convolution profonds (CNN) se sont révèlés être un outil puissant pour prédire les zones saillantes dans les images statiques.Dans le but de construire un modèle de prédiction automatique pour les zones saillantes dans les vidéos naturels et intentionnellement dégradées, nous avons conçu une architecture spécifique de CNN profond. Pour surmonter le manque de données d’apprentissage,nous avons conçu un système d’apprentissage par transfert dérivé de la méthode de Bengio.Nous mesurons ses performances lors de la prédiction de régions saillantes. Les r´esultatsobtenus sont int´eressants concernant la r´eaction des sujets t´emoins normaux contre leszones d´egrad´ees dans les vid´eos. La comparaison de la carte de saillance pr´edite des vid´eosintentionnellement d´egrad´ees avec des cartes de densit´e de fixation du regard et d’autresmod`eles de r´ef´erence montre l’int´erˆet du mod`ele d´evelopp´e. / This thesis is motivated by the diagnosis and the evaluation of the dementia diseasesand with the aim of predicting if a new recorded gaze presents a complaint of thesediseases. Nevertheless, large-scale population screening is only possible if robust predictionmodels can be constructed. In this context, we are interested in the design and thedevelopment of automatic prediction models for specific visual content to be used in thepsycho-visual experience involving patients with dementia (PwD). The difficulty of sucha prediction lies in a very small amount of training data.Visual saliency models cannot be founded only on bottom-up features, as suggested byfeature integration theory. The top-down component of human visual attention becomesprevalent as human observers explore the visual scene. Visual saliency can be predictedon the basis of seen data. Deep Convolutional Neural Networks (CNN) have proven tobe a powerful tool for prediction of salient areas in static images. In order to constructan automatic prediction model for the salient areas in natural and intentionally degradedvideos, we have designed a specific CNN architecture. To overcome the lack of learningdata we designed a transfer learning scheme derived from bengio’s method. We measureits performances when predicting salient regions. The obtained results are interestingregarding the reaction of normal control subjects against degraded areas in videos. Thepredicted saliency map of intentionally degraded videos gives an interesting results comparedto gaze fixation density maps and other reference models.

<p dir="ltr">We investigate the crystal plasticity and shock response of single crystal and polycrystalline pentaerythritol tetranitrate (PETN) using mesoscale finite element simulations. The model includes the Mie-Grüneisen Equation of State and a single crystal plasticity model. Simulations with single crystals with different orientations are tested using our plasticity model under shock compression to explore shear stress and slip. Parameters regarding the Mie-Grüneisen Equation of State are also verified in various orientations from 0.50 to 1.75 km/s. A polycrystalline PETN sample with varying grain sizes and orientations are subjected to shock loading with impact velocities ranging from 0.25 to 0.75 km/s. We study how differences in shock orientation affect slip and stress in PETN at different shock strengths.</p>