L'objectif de cette thèse est d'étudier les réponses adaptatives des métazoaires à une diminution de la disponibilité en nutriments dans leur environnement. Ce travail, couplant des approches d'écologie isotopique et de transcriptomique, est basé sur l'analyse comparative d'isopodes de surface (épigés) et souterrains (hypogés) évoluant depuis plusieurs millions d'années dans des environnements présentant des disponibilités en nutriments très contrastées (absence de photosynthèse en milieu souterrain). Leur histoire évolutive (multiples colonisations indépendantes du milieu souterrain) a permis de définir 13 couples composés d'une espèce épigée et d'une espèce hypogée partageant un ancêtre commun épigé (i.e. 13 réplicats indépendants d'une transition vers un milieu plus pauvre en nutriments). Des adaptations en termes d'amélioration de l'acquisition des nutriments (diminution de la sélectivité trophique, stratégies spécialistes) et de diminution de la demande métabolique (diminution du taux de croissance) ont été mises en évidence chez les isopodes hypogés. En revanche, l'hypothèse d'une sélection _stoechiogénomique_ des nucléotides et acides aminés les plus économes en azote a été réfutée. Il est possible que la sélection naturelle soit inopérante sur la composition des ARN et protéines de par les faibles tailles efficaces de population (Ne) des métazoaires. La sélection pourrait aussi être inexistante à ce niveau, de par l'existence d'interactions entre les différentes réponses adaptatives. Ainsi, l'adoption de certaines réponses adaptatives plus efficaces et/ou rapides à mettre en place pourrait suffire à relâcher la pression de sélection sur les autres réponses / The aim of this PhD project was to investigate the adaptive responses of metazoan to a decrease of nutrient availabilities in their environment.We combined isotopic ecology and Next-Generation Sequencing in a comparative analysis of surface (epigean) and groundwater (hypogean) isopods living in highly contrasted environments in terms of nutrient availabilities (lack of photosynthetic production in groundwater). The original evolutionary history of these isopods (multiple independent colonizations of the subterranean habitat) enabled to define 13 species pairs composed of one epigean and one hypogean species sharing a common epigean ancestor. Using these pairs, we studied 13 independent replicates of an environmental transition towards very low nutrient availabilities. Hypogean isopods display adaptations improving the nutrient acquisition (specialist strategy, decrease of trophic selectivity) as well as adaptations reducing the metabolic needs of organisms (decrease of growth rate). However, hypogean isopods do not display adaptive changes in their macromolecules composition (no evidence for the ’stoichiogenomic’ selection of N-thrifty nucleotides and amino acids). Because of the small effective population size (Ne) of metazoa, natural selection may be inefficient to select N-sparing responses at the level of RNA and protein composition. Selection could also be inexistent at this level in case of interactions between the different adaptive responses. Indeed, some nutrientsaving mechanisms may have been selected more quickly or more efficiently, these adaptations being sufficient to relax the selective pressure on the other response levels

Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d’appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d’identifier l’ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d’eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d’autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d’eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l’étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d’acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l’ensemble de la colonne d’eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L’existence de ce processus d’oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu’une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l’activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d’eau douce. (...) / Methane, a major greenhouse gas, is produced and consumed mainly by the metabolic activity of microorganisms affiliated to the domains Archaea and Bacteria. In order to understand the biogeochemical cycling of methane, it is essential to identify all the biological actors involved, as well as environmental factors modulating their activity. Freshwater lakes are a major source of methane because environmental conditions occurring in these ecosystems favor methanogenesis over other terminal processes of anaerobic degradation of organic matter. In this thesis, studies of communities involved in the biogeochemical cycling of methane were carried out in the water column and anoxic sediment of Lake Pavin (Auvergne), the unique French meromictic lake. This ecosystem has been selected as study site due to the high concentrations of methane in its deep water layer which contrast with the very low emission of this gas in the atmosphere. These geochemical observations suggest an intense activity of production and consumption of methane, providing an appropriate framework for studying the communities involved. Molecular approaches to characterize the spatial structure, composition, activity areas and factors (bottom-up and top-down) potentially involved in the regulation of methanogens and methanotrophs were, in this work, systematically associated to cultural and microcalorimetric approaches to acquire data on the physiology of microorganisms involved in the methane cycle. The results show that methanogens are distributed throughout the permanent anoxic water column (monimolimnion) and mainly in the superficial layer of the sediment situated under the monimolimnion. This metabolic group, mainly represented by species affiliated to Methanosaetaceae and Methanoregulaceae, is particularly active in the benthic zone which would be the main source of methane in this ecosystem. A new species of methanogen, Methanobacterium lacus, was isolated from these sediments and described. It enhances to the small number of methanogenic species isolated to date from freshwater lakes. The ecophysiological study of this strain suggests that the temperature could partly explain the low representation of Methanobacteriales in this ecosystem. A part of the methane appears to be directly consumed in the anoxic zone (pelagic and benthic). The existence of this process of anaerobic oxidation, supported by microcalorimetric approaches, could be in deep sediments, dependent on archaeal candidate lineages whose physiology remains enigmatic. The gradual replacement of methanogens by two archaeal candidate lineages (MBG-D and MCG) along the sedimentary profile suggests that they live in contrasted niche. The putative regulation of the archaeal communities by virus was analyzed. This study has reported the first observations of archaeovirus-like particles in a non-extreme environment (in term of temperature, pH and salinity) and virus-like particles which might represent new viral families. An intense viral activity in these sediments is suggested by i) the important number of visibly infected cells and ii) the concomitant change of the viral and prokaryotic communities with depth. While a fraction of methane is probably oxidized anaerobically, the consumption of this metabolite is mainly dependent on the activity of aerobic methanotrophs dominated by species affiliated to the genus Methylobacter, one of the main types of methanotrophs found in freshwater environments.These methanotrophs have a large area of activity, extending around both sides of the red/ox interface in the water column. This wide distribution may partly explain the low quantity of methane released by the Lake Pavin. (...)

Les compartiments géologiques profonds suscitent un intérêt grandissant dans la communauté scientifique depuis les 50 dernières années. Néanmoins, ces écosystèmes demeurent largement méconnus du fait de leur difficulté d’accès. Le forage profond réalisé par l’ANDRA dans le Bassin parisien en 2008 a offert une opportunité unique de les étudier. Dans ce cadre, cette thèse avait deux objectifs majeurs ; i) caractériser, d’un point de vue microbiologique, quatre formations sédimentaires terrestres triasiques situées entre 1700 et 2000 m de profondeur et ii) étudier les effets combinés des paramètres de température, pression et salinité ainsi que de leur interaction sur l’activité métabolique de procaryotes anaérobies afin de mieux appréhender leur comportement au cours d’un enfouissement géologique.Malgré la recherche de microorganisme par la réalisation d’une gamme de milieux de culture diversifiée, ciblant préférentiellement les types trophiques fréquemment rencontrés en subsurface (méthanogènes, fermentaires, réducteurs de composés soufrés), aucun microorganisme viable et cultivable n’ait été isolé. En parallèle, une approche moléculaire complémentaire, composée (i) de l’étude comparative de l’efficacité de différentes méthodes d’extraction directe d’ADN et (ii) de l’analyse de la diversité bactérienne par la réalisation d’inventaires moléculaires, par DGGE (Denaturing Gel Gradient Electrophoresis) et clonage, a été réalisée sur le coeur des carottes de roches, conservées à pression atmosphérique ou sous pression, dans leurs états initiaux et post-incubation. L’exploration de ces formations sédimentaires profondes a indiqué la présence d’une très faible biomasse et d’une biodiversité microbienne pauvre principalement composée de membres aérobies et mésophiles appartenant au domaine Bacteria. Cette communauté bactérienne inattendue car a priori peu adaptée aux conditions régnant in-situ, également retrouvée dans divers écosystèmes de subsurface ainsi que dans des biotopes extrêmes, pourrait provenir en partie d’une paléo-recharge de l’aquifère du Trias par des eaux froides dérivées de la fonte des glaces formées lors de la dernière glaciation du Pléistocène.Le second objectif a été abordé à travers l’élaboration d’un plan factoriel complet dans le but d’identifier les effets des paramètres sur les activités microbiennes. Ainsi, les activités métaboliques de huit souches microbiennes halophiles et thermo-tolérantes ont été mesurées sous trente conditions distinctes de température (40, 55 et 70°C), pression (1, 90 et 180 bars) et salinité (13, 50, 110, 180 et 260 g.l-1). Toutes les souches originaires d’environnements profonds se sont révélées être au minimum piézo-tolérantes et capables de maintenir leur activité métabolique sous pressions hydrostatiques. Les métabolismes fermentaires (Thermovirga lienii et Halothermothrix orenii) et thiosulfato-réducteurs (Petrotoga mexicana et Thermosipho japonicus) se sont avérés particulièrement bien adaptées, d’un point de vue métabolique, aux hautes pressions, les plus hautes activités ayant été détectées sous pression. Certaines souches ont montré une résistance accrue aux hautes températures sous pression (Petrotoga mexicana). Toutefois une résistance variable à la salinité dans les différentes conditions de température et de pression a été observée pour chacune des souches, suggérant que certains mécanismes de résistance contre la pression osmotique seraient également efficaces pour lutter contre les températures et les pressions hydrostatiques élevées.Ce travail souligne que l’étude des écosystèmes terrestres profonds d’un point de vue microbiologique ne doit pas se restreindre à la recherche et à l’analyse de la diversité présente. L’étude des activités métaboliques de souches de subsurface en conditions profondes ouvre la voie à une meilleure compréhension des rôles joués par les communautés microbiennes en milieu extrême. / Over the past 50 years, the scientific community has shown a growing interest for deep geological compartments. However, these ecosystems remain largely unknown due to their inaccessibility. The aim of the present thesis was double; the first aim was to characterize, from a microbiological perspective, four terrestrial Triassic sedimentary formations located between 1700 and 2000 m depth in the Parisian Basin and collected by the ANDRA during a deep drilling campaign in 2008, and the second aim was to study the combined effects of temperature, pressure and salinity on the metabolic activity of anaerobic prokaryotes in order to predict their reaction to geological burial.Incubations in a large variety of media were carried out in order to stimulate the growth of the main trophic types found in such environments such as methanogens, fermenters and bacteria reducing sulphur compounds, however, no viable and cultivable microorganisms could be isolated. In parallel, a molecular approach was used to i) compare the efficacy of several DNA extractions methods and ii) analyse the bacterial diversity, using DGGE (Denaturing Gel Gradient Electrophoresis) and cloning, present in rock inner cores conserved either at atmospheric pressure or under pressure, in their initial states and following incubations in various media. The genetic exploration of these samples revealed a very low biomass and a poor diversity composed mainly of aerobic and mesophilic members of the Bacteria domain, a priori unadapted to such a deep, hot, saline and anoxic environment. This unexpected microbial community also found in many subsurface ecosystems as well as in extreme ecosystems could have partially originated from a paleorecharge of the Trias aquifer with cold waters coming from the melting of ice formed during the last Pleistocene glaciation.The second objective was to study the combined effects of temperature (40, 55 and 70°C), pressure (1, 90 and 180 bars) and salinity (13, 50, 110, 180 and 260 g.l-1) on the metabolic activity of anaerobic prokaryotes. In order to identify effects of parameters on microbial activities, a complete factorial plan was constructed from the metabolic activities measured for eight halophile and thermo-tolerant bacterial strains exposed to 30 distinct temperature, pressure and salinity conditions. All the strains issued from deep environments were at the least piezo-tolerant and capable of maintaining their activity under hydrostatic pressures. The fermenting (Thermovirga lienii and Halothermothrix orenii) and thiosulfate reducing strains (Petrotoga mexicana and Thermiosipho japonicus) were particularly well adapted, from a metabolic point of view, to high pressures; indeed the highest activities were measured under pressure. Also, several strains (such as Petrotoga mexicana) showed an increased resistance to high temperatures under pressure. However, resistance to an increase in salinity was variable for each strain under the different temperature and pressure conditions. This suggests that the resistance mechanisms for osmotic pressure also enable resistance to high temperatures and hydrostatic pressures.This work underlines that the microbiological characterization of deep terrestrial ecosystems must not be limited to the search and analyses of the existing diversity. Moreover, such upstream studies of the metabolic activities of subsurface bacterial strains in deep terrestrial conditions are a necessary beginning towards understanding the role of microbial communities in extreme environments.

Les amibes sociales sont des organismes eucaryotes présents dans le sol de presque toutes les zones climatiques. Ils sont remarquables pour leur passage d'un état unicellulaire à un état multicellulaire en réponse à la carence en nutriments. En période de carence, des millions de cellules forment des agrégats qui constituent chacun un nouvel organisme multicellulaire, contenant des spores, cellules reproductives, et des cellules de tige, cellules mortes qui favorisent la dispersion des spores. Ce comportement, de par le coût payé par les cellules de tige, a permis d'utiliser les amibes sociales en tant que système-modèle pour aborder des questions majeures de l'évolution de la coopération et de la multicellularité. Dans cette étude, nous examinons trois aspects différents du comportement des amibes sociales; agrégation, non-agrégation et compétition, et nous analysons comment ces aspects contribuent à notre compréhension de la coopération chez les amibes et systèmes microbiens en général.Nous avons exploré le fait bien connu mais négligé qu'en phase de carence nutritive, une fraction des cellules ne participent pas à la formation des agrégats pas et ne sont pas engagées dans le développement multicellulaire. Nous décrivons les facteurs phénotypiques et génétiques qui déterminent la fraction de cellules hors-agrégats chez D. discoideum. Les deux stratégies, d'agrégation et de non-agrégation, sont coûteuses ou bénéfiques d'un point de vue évolutif selon la durée de la phase de carence. Nous avons développé un modèle pour simuler ce processus. Nous proposons que le partitionnement de la population dans des états unicellulaire et multicellulaire est adaptative dans des environnements fluctuants avec une durée imprévisible des périodes de carence nutritive. Les amibes sociales sont donc situées à l'intersection de deux thèmes émergents en évolution microbienne, la coopération et le "placement des paris".Dans la deuxième partie, nous proposons un nouveau cadre pour aborder les observations a priori contradictoires de la diversité génétique dans les populations naturelles d'amibes sociales et une faible diversité nécessaire pour la coopération. Nous proposons que le cycle de vie complexe des amibes sociales fournit plusieurs points de compétition qui peut servir à la fois comme stabilisateur de la diversité et de la coopération. Nous explorons cette hypothèse expérimentalement avec un modèle en analysant la compétition entre 6 isolats naturels de D. discoideum. Notre simulation-modèle indique que la compétition à différents stades du cycle de vie peut conduire à l'exclusion des "gagnants sociaux". Toutefois nous n'avons pas réussi à expliquer la coexistence à long terme de souches génétiquement distinctes. Bien que préliminaires, nos résultats soulignent l'importance d'intégrer l'écologie des espèces dans les études de coopération microbienne.Enfin, nous nous concentrons sur une nouvelle dynamique d'agrégation chez P. pallidum observée dans notre laboratoire. L'agrégation est un processus au niveau de la population au cours duquel la population se divise en nombreuses sous-populations (agrégats) qui font face à la sélection de manière indépendante. Un tel fractionnement de la population peut avoir de fortes conséquences évolutives du point de vue de la coopération qui n'ont pas encore été explorées expérimentalement. Nous décrivons la dynamique des populations qualitativement et proposons plusieurs mesures quantitatives de partitionnement de la population en agrégats. Nos résultats préliminaires suggèrent qu'il existe une préférence pour les agrégats d'une certaine taille, mais qu'il n'existe aucune organisation spatiale des agrégats. / Social amoebae are eukaryotic organisms that inhabit soil of almost every climate zone. They are remarkable for their switch from unicellularity to multicellularity as an adaptation to starvation. When starved, millions of single cells aggregate and form a multicellular fruiting body, which contains reproductive spore cells and dead stalk cells, which help in spore dispersion. This costly behavior made social amoebae a model system for addressing major questions of the evolution of cooperation and multicellularity. In this study we look at three different aspects of social amoebae behavior; aggregation, non-aggregation and competition, and ask how they contribute to our understanding of cooperation in social amoebae and microbial systems in general.We explored the known but neglected observation that, upon starvation, not all cells aggregate and engage in multicellular development. We describe phenotypically and genetically non-aggregating cell proportion in D. discoideum species. Both aggregating and non-aggregating strategy are costly or beneficial depending on duration of starvation. With our computational model we propose that partitioning the population into unicellular and multicellular states is adaptive in fluctuating environments with unpredicted duration of starvation periods. Social amoebae may therefore lie at the intersection of cooperation and bet-hedging. In the second part, we provide a new framework for addressing the contrasting observations of high genetic diversity in natural populations of social amoebae and experimentally suggested low diversity-high relatedness required for cooperation. We propose that complex life cycle of social amoebae provides multiple competition points that can possibly play an important role in maintaining diversity and cooperation. We explore this experimentally and computationally by looking at competition over the whole life cycle between 6 natural isolates of D. discoideum. Our simulation model indicates that competition at different stages of the life cycle can lead to exclusion of “social winners”. Though we failed to explain strain coexistence. Although preliminary, our results emphasize the importance of integrating species ecology in cooperative studies.Finally, we focus on a new aggregation dynamics in P. pallidum species observed in our lab. Aggregation is a population level process during which population gets divided into numerous subpopulations/aggregates that face selection independently. Such population partitioning can have strong evolutionary consequences on cooperation that have not yet been explored experimentally. We describe the population dynamics qualitatively and propose several quantitative measurements of population partitioning into aggregates. Our preliminary results suggest that there is a preference for aggregates of certain size, but there is no spatial organization of aggregates.

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Le tabagisme demeure toujours la cause principale de décès prématuré évitable dans le monde menant à plus de 7 millions de décès par an. Ce comportement est particulièrement préoccupant chez les jeunes adultes, chez qui la prévalence est la plus élevée parmi tous les groupes d’âge au Canada et dans de nombreux autres pays industrialisés. Plusieurs caractéristiques de l’environnement résidentiel, notamment la présence et la densité de commerces vendant du tabac et la présence d’accommodements aux fumeurs, ont été associées à l’initiation au tabagisme, à une prévalence plus élevée du tabagisme, à moins de tentatives d’arrêt et des taux de cessation tabagique plus faibles. Cependant, les résultats de ce corpus de recherche restent contradictoires. Je propose dans cette thèse que ces résultats contradictoires sont en partie dues à 1) l’absence d’une prise en compte des différentes trajectoires de comportements tabagiques, 2) l’absence d’études des associations entre des caractéristiques environnementales spécifiques et ces trajectoires comportementales, et 3) la possibilité que ces associations soient de tailles différentes en fonction de différentes échelles spatiales. L'objectif général de cette thèse est donc d’avancer les connaissances sur les trajectoires de comportements tabagiques chez les jeunes adultes et sur leurs associations avec des caractéristiques de l'environnement résidentiel. Les objectifs spécifiques sont les suivants: 1) examiner si le tabagisme chez les jeunes adultes peut être mieux compris en examinant des trajectoires de comportements tabagiques à travers le temps, 2) examiner les associations entre ces trajectoires et des caractéristiques de l'environnement résidentiel, et 3) explorer comment ces associations peuvent varier en fonction de différentes échelles spatiales. Les données analysées proviennent du Interdisciplinary Study of Inequalities in Smoking (ISIS), une étude de cohorte de 2093 jeunes adultes âgés de 18 à 25 ans résidant à Montréal, Canada, conçue dans le but d’examiner le rôle interactif des facteurs individuels et contextuels dans la production des inégalités sociales en matière de tabagisme. Trois mesures ont été examinées: 1) trajectoires de comportements tabagiques observées rétrospectivement à deux ans d’intervalle, 2) trajectoires de comportements tabagiques observées prospectivement à deux ans d’intervalle, et 3) trajectoires de comportements tabagiques observées prospectivement à quatre ans d’intervalle. Les caractéristiques de l’environnement résidentiel ont été mesurées à partir de deux sources de données: des données obtenues par observation directe des rues où résidaient les participants et la base de données DMTI Inc. Enhanced Points of Interest©, qui fournit des informations sur un ensemble d’adresses géocodées incluant des détaillants de tabac. Des associations entre trajectoires de comportement tabagique et caractéristiques de l'environnement résidentiel ont été examinées à l'aide de modèles multiniveaux multinomiaux. Les résultats de cette thèse mettent en relief la nécessité d’examiner des différentes trajectoires de comportements tabagiques chez les jeunes adultes et comment ces trajectoires peuvent être associées à des caractéristiques spécifiques des environnements résidentiels. Plus précisément, ces résultats mettent en évidence le rôle potentiel d’une plus grande présence et d’une plus grande densité locale et proximale de détaillants de tabac dans l’exacerbation de la variabilité dans les comportements tabagiques dans ce groupe d’âge, ainsi que dans la reconduction du statut de fumeur chez les fumeurs plus expérimentés. En outre, les résultats mettent en exergue l’influence potentielle d’une plus grande présence régionale d’accommodements aux fumeurs sur la persistance de trajectoires de tabagisme néfastes pour la santé. Finalement, la présence d'associations à des échelles spécifiques suggère que des processus liant ces caractéristiques et différentes trajectoires de comportements tabagiques peuvent opérer à différentes échelles spatiales. Cette thèse contribue à la littérature sur les environnements résidentiels et le tabagisme en démontrant la valeur ajoutée d’examiner des trajectoires de comportements tabagiques et de la manière dont ceux-ci peuvent être influencés par des caractéristiques de l'environnement résidentiel. Cette recherche souligne la nécessité d'élargir l'examen des mesures du tabagisme afin d'inclure des trajectoires de comportements distincts qui intègrent l'évolution de la consommation de tabac au fil du temps et la manière dont ces trajectoires peuvent être associées aux caractéristiques de l'environnement résidentiel. En outre, ces résultats mettent en relief l’importance de l’examen de différentes définitions spatiales pour faire progresser les connaissances concernant les échelles auxquelles ces caractéristiques peuvent exercer une influence plus marquée sur les trajectoires de comportements tabagiques. Pris ensemble, ces résultats peuvent aider à orienter la recherche et les interventions en santé publique visant à réduire le tabagisme chez les jeunes adultes en identifiant des trajectoires de comportements tabagiques spécifiques et des caractéristiques environnementales pouvant jouer un rôle important dans leur formation, ainsi que les échelles géographiques auxquelles les processus reliant les patrons et caractéristiques des environnements résidentiels peuvent opérer. Des recherches futures dans ce domaine devraient continuer à examiner l'influence des caractéristiques environnementales sur les trajectoires de comportements tabagiques ainsi que d'autres comportements de santé, non seulement chez les jeunes adultes, mais potentiellement dans d'autres populations. / Smoking continues to be the leading cause of preventable premature death worldwide, accounting for more than 7 million deaths per year. Tobacco use is of particular concern among young adults, who have the highest prevalence of smoking of all age groups in Canada and many other developed nations. Several residential environment features, including the presence and density of tobacco retail and the presence of smoker accommodation facilities have been found to be associated with smoking initiation, prevalence, quit attempts and cessation rates. However, findings from this research continue to be inconsistent. I propose in this dissertation that these inconsistencies are partly due to 1) a lack of consideration of the different smoking behaviour patterns that young adults may go through, 2) the paucity of research examining associations between these patterns and specific residential environment characteristics, and 3) the potential for these associations to be stronger at different spatial scales. The overarching aim of this dissertation is to advance knowledge regarding smoking behaviour patterns among young adults and their association with residential environment features. The specific objectives are: 1) to examine whether smoking behaviour in young adults can be better understood by examining smoking behaviour patterns over time, 2) to examine associations between these patterns and residential environment features, and 3) to explore how these associations may vary in terms of presence and strength across different spatial scales. Data stem from the Interdisciplinary Study of Inequalities in Smoking (ISIS), a cohort study of 2093 young adults aged 18 to 25 years at baseline residing in Montreal, Canada, conceived with the objective of examining the interactive role of individual and contextual factors in the production of social inequalities in smoking. Three different measures were examined: 1) retrospective 2-year smoking behaviour patterns, 2) prospective 2-year smoking behaviour patterns, and 3) prospective 4-year smoking behaviour patterns. Residential environment features were measured based on two sources: data obtained through direct observation of the street blocks where participants resided, and DMTI Inc.’s Enhanced Points of Interest Database©, which provides a collection of geocoded address points including tobacco retail stores. Associations between smoking behaviour patterns and residential environment features were tested using multilevel multinomial models. Findings from this dissertation highlight the need to examine distinct smoking behaviour patterns among young adults and how they may be associated with specific features of residential environments. Specifically, these results suggest a potential role of a greater proximal and local presence and density of tobacco retail in exacerbating variable smoking patterns in this age group as well as in sustaining tobacco use among persistent smokers. Moreover, they highlight the potential influence of a greater regional presence of smoker accommodation facilities on persistent smoking patterns. Finally, the presence of scale-specific associations suggests that processes linking these features and distinct smoking patterns may operate at different spatial scales. This thesis contributes to the literature on residential environments and smoking by underscoring the added value of examining distinct smoking behaviour patterns and how these may be influenced by residential environment features. This research highlights the need to extend the examination of smoking outcomes to include distinct behavioural patterns that delve into how tobacco use may progress over time and how these patterns may be associated with residential environment features. Furthermore, these results highlight the importance of examining different spatial definitions to advance knowledge concerning the scales at which these features may exert a stronger influence on smoking behaviour patterns. Taken together, these findings can help orient public health research and intervention seeking to curb smoking among young adults by identifying specific smoking patterns and the environmental features that may play an important role in shaping them, as well as the geographic scales at which processes linking patterns and features may operate. Future research in this area should continue to examine how environmental features may influence smoking and other health behaviour patterns not only in young adults but potentially in other populations.

Tirant parti de notre expérience avec une approche traditionnelle des environnements d'assistance ambiante (AAL) qui repose sur l'utilisation de nombreuses technologies hétérogènes dans les déploiements, cette thèse étudie la possibilité d'une approche simplifiée et complémentaire, ou seul un sous-ensemble hardware réduit est déployé, initiant un transfert de complexité vers le côté logiciel. Axé sur les aspects de raisonnement dans les systèmes AAL, ce travail a permis à la proposition d'un moteur d'inférence sémantique adapté à l'utilisation particulière à ces systèmes, répondant ainsi à un besoin de la communauté scientifique. Prenant en compte la grossière granularité des données situationnelles disponible avec une telle approche, un ensemble de règles dédiées avec des stratégies d'inférence adaptées est proposé, implémenté et validé en utilisant ce moteur. Un mécanisme de raisonnement sémantique novateur est proposé sur la base d'une architecture de raisonnement inspiré du système cognitif. Enfin, le système de raisonnement est intégré dans un framework de provision de services sensible au contexte, se chargeant de l'intelligence vis-à-vis des données contextuelles en effectuant un traitement des événements en direct par des manipulations ontologiques complexes. L’ensemble du système est validé par des déploiements in-situ dans une maison de retraite ainsi que dans des maisons privées, ce qui en soi est remarquable dans un domaine de recherche principalement cantonné aux laboratoires / Leveraging our experience with the traditional approach to ambient assisted living (AAL) which relies on a large spread of heterogeneous technologies in deployments, this thesis studies the possibility of a more “stripped down” and complementary approach, where only a reduced hardware subset is deployed, probing a transfer of complexity towards the software side, and enhancing the large scale deployability of the solution. Focused on the reasoning aspects in AAL systems, this work has allowed the finding of a suitable semantic inference engine for the peculiar use in these systems, responding to a need in this scientific community. Considering the coarse granularity of situational data available, dedicated rule-sets with adapted inference strategies are proposed, implemented, and validated using this engine. A novel semantic reasoning mechanism is proposed based on a cognitively inspired reasoning architecture. Finally, the whole reasoning system is integrated in a fully featured context-aware service framework, powering its context awareness by performing live event processing through complex ontological manipulation. the overall system is validated through in-situ deployments in a nursing home as well as private homes over a few months period, which itself is noticeable in a mainly laboratory-bound research domain

De plus en plus, les entreprises incitent aujourd’hui leurs employés à adopter des modes de travail agiles et flexibles. Cette transformation est outillée par de nouvelles plateformes informatiques intitulées "plateformes de média sociaux d’entreprise" (de l’anglais "Enterprise Social Media platforms – ESM platforms"). Ces plateformes portent la promesse d’améliorer la communication des employés dans leur environnement de travail tout en outillant leurs liens sociaux. Néanmoins, le bénéfice de l’usage de ces plateformes par leurs employés demeure vague et peu mesurable pour les entreprises, dont les dirigeants ont pourtant besoin d’évaluer cet usage et de mesurer ainsi tangiblement le succès de leurs investissements. De plus, le fait d’introduire des plateformes ESM dans les environnements de travail impacte la façon dont les outils existants, tels que la messagerie électronique, sont considérées et utilisés. La question qui se pose est alors de savoir si ces nouvelles plateformes pourraient remplacer l’usage des outils existants. Dans ce contexte, cette thèse adresse la problématique de la place des plateformes ESM dans les entreprises d’aujourd’hui. Elle examine l’usage réel de ces plateformes en offrant une analyse quantitative des réseaux sociaux, établie à partir de l’usage actuel de ces plateformes. En s’appuyant sur un modèle de recherche conçu pour caractériser l’activité, la thèse applique des tests d’hypothèse qui permettent de comparer l’usage prévu de ces plateformes à leur usage réel, et ainsi de mesurer le succès du déploiement de ces plateformes. De plus, cette thèse étudie, à travers une approche déductive et expérimentale, la capacité des plateformes ESM à remplacer l’usage des outils existants dans les environnements de travail. Ces plateformes fonctionnent aujourd’hui plutôt en tandem avec d’autres outils tels que la messagerie électronique. Cette thèse propose ainsi d’améliorer la messagerie par une fonctionnalité de tagging social afin que l’utilisateur puisse bénéficier de son réseau social sous-jacent. Ce service de tagging est ensuite testé et validé via un prototype. Pour conclure, cette thèse propose des scenarios pour les futurs systèmes sociaux, englobant la totalité des outils de l’environnement de travail au sein des entreprises / Today’s organizations are increasingly promoting a shift of employees’ ways of working towards more agility and flexibility. This shift is empowered by new IT tools commonly known as “Enterprise Social Media” (ESM). Taking mainly the form of integrated platforms, these tools are deployed with the promise of enhancing employees’ communicative activities at the workplace while capitalizing on their social connections. Yet, it remains unclear for companies how their employees benefit from the use of these new tools (i.e., ESM platforms). Managers are unable to evaluate the use of these platforms and thus, tangibly measure the success of their investments. Moreover, introducing ESM platforms to the workplace impact the way the existing tools, such as email, are regarded and used. This leads to the question of whether these new platforms may be substitutes for the use of the existing tools. This thesis tackles the mentioned polemical questions about the place of ESM platforms in today’s enterprises. Carried out jointly with Orange labs, the thesis assesses the role ESM platforms could play in supporting organizations in reaching their objectives and hence sustaining their businesses in an extreme competitive context. It explores the real use of these platforms by offering a quantitative social network analysis and data mining of an established ESM platform currently in use. While relying on a proposed research model that characterizes the activity, the applied hypothesis tests allow determining the correct use of ESM platforms, which in turn indicates the success of their deployments. Moreover, the thesis argues through a reasoning approach that the ESM platforms are not capable of substituting the use of existing workplace tools. Instead, they work in tandem with certain tools such as email. Based on the latter argument, the email tagging service is introduced as an example of how existing workplace tools may be enriched with social features to derive increased benefit for the workforce. The thesis finally validates the service through implementation and testing. To conclude, it proposes and discusses scenarios of future social systems that involve the overall set of workplace tools in enterprises

Les compétences non-techniques (CNT) sont un panel de capacités métacognitives complémentant les compétences techniques, et garantissant la réalisation d’une activité technique sûre. Elles jouent un rôle particulièrement important dans la gestion de situations critiques, et ce dans de nombreux domaines, comme la conduite automobile, ou la médecine d’urgence. Les travaux de cette thèse ont eu pour but de contribuer à la construction d’un environnement virtuel pour l’apprentissage humain (EVAH) de ces compétences non-techniques, via l’expérience de situations critiques. Les travaux se sont focalisés sur deux aspects fondamentaux pour la mise en place d’un EVAH. Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur la conception d’une architecture de diagnostic des compétences non-techniques de l’apprenant, un problème complexe, « mal-défini » au regard du faible degré de formalisation du domaine, de la nature en temps réel de cet apprentissage, et des relations, propres à chaque individu, entre criticité, compétences techniques et compétences non-techniques. Cette architecture associe connaissances du domaine, apprentissage machine et un réseau bayésien, afin de franchir l’important gap sémantique séparant l’activité perceptivo-gestuelle de l’apprenant produite au sein d’un environnement virtuel, de l’évaluation épistémique de ses compétences. Dans un second temps, nous avons consacré nos efforts à la conception d’un module pédagogique capable de raisonner sur la base du module de diagnostic pour proposer à chaque apprenant un voyage à travers la criticité qui lui soit adapté, personnalisé, et à même de renforcer ses CNT. Ce module associe connaissances issues du réseau bayésien, à un algorithme d’apprentissage par renforcement de type « bandit manchot », pour guider l’apprenant vers une maîtrise toujours plus grande de ses compétences non-techniques. Les expérimentations ont eu pour but de valider les choix de modélisation. Elles se sont basées sur des données réelles, obtenues au cours de sessions d’apprentissage réalisées sur un simulateur « grande échelle » de conduite automobile, pour mettre en évidence la robustesse et la capacité de couverture de l’architecture de diagnostic. Nous avons ensuite conçu un jeu de données synthétiques pour évaluer les capacités du module pédagogique à proposer des situations d’apprentissage adaptées aux singularités de chaque apprenant, et à mêmes de contribuer au renforcement de ses CNT. / Non-technical skills (NTS) are a set of metacognitive abilities that complement technical skills and allow for a safe and efficient technical activity. They play an important role during the handling of critical situations, in many domains, including driving or acute medicine. This thesis work focused on the building of a virtual environment for learning (VEL), dedicated to the training of these non-technical skills, through the experience of critical situations. The main contributions target two fundamental aspects with regards to the construction of such a VEL. First, we focused our efforts on the conception of an architecture able to diagnose a learner’s NTS. This is an ill-defined problem, given the low degree of domain knowledge, the real time aspects of this learning process, and the unique relations between criticality, technical, and non-technical skills. This architecture combines domain knowledge, machine learning, and a Bayesian network, to cross the semantic gap between the learner’s perceptual-gestural activity inside the VEL, and the diagnostic of high level, cognitive, NTS. Second, we built a pedagogical module, able to make decisions based on the diagnostic module, in order to build a « journey through criticality » adapted to each of our learners’ characteristics, in order to strengthen said their NTS. This module associates the knowledge about the learner obtained by the Bayesian network, with a reinforcement-learning « multi-armed bandit » algorithm, to reinforce the learner’s NTS through time. Experiments were conducted in order to validate our modelling choices. These experiments were first conducted on real user data, obtained during training sessions performed on a « large scale » driving simulator, in order to evaluate the robustness of the Bayesian network as well as its ability to provide varied diagnostics given its inputs. We then built a synthetic dataset in order to test the pedagogical module, more specifically its capabilities to provide adapted learning situations to learners of different profiles, and to contribute to these learner’s acquisition of NTS through time.

Software tools are being used by experts in a variety of domains. There are numerous software modeling environments tailored to a specific domain expertise. However, there is no consistent approach to generically synthesize a product line of such modeling environments that also take into account the user interaction and experience adapted to the domain. The focus of my thesis is the proposal of a solution to explicitly model user interfaces and interaction of modeling environments so that they can be tailored to the habits and preferences of domain experts. We extend current model-driven engineering techniques that synthesize graphical modeling environments to also take interaction models into account. The formal semantics of our language framework is based on statecharts. We define a development process for generating such modeling environments to maximize reuse through a novel statechart refinement technique. / Les outils logiciels sont utilisés par des experts dans une variété de domaines. Il existe de nombreux environnements de modélisation logicielle adaptés á une expertise spécifique. Cependant, il n’existe pas d’approche cohérente pour synthétiser génériquement une ligne de produits de tels environnements de modélisation qui prennent également en compte l’interaction et l’expérience utilisateur adaptées au domaine. L’objectif de ma thése est la proposition d’une solution pour modéliser explicitement les interfaces utilisateur et l’interaction des environnements de modélisation afin qu’ils puissent étre adaptés aux habitudes et aux préférences des experts du domaine. Nous étendons les techniques d’ingénierie actuelles pilotées par un modéle qui synthétisent des environnements de modélisation graphique pour prendre également en compte les modèles d’interaction. La sémantique formelle de notre cadre linguistique est basée sur des statecharts. Nous définissons un processus de développement pour générer de tels environnements de modélisation afin de maximiser la réutilisation à travers une nouveau technique de raffinement de statecharts.