The human visual system gathers information about three-dimensional object shape from a wide range of sources. How effectively we can use these sources, and how they are combined to form a consistent and accurate percept of the 3D world is the focus of much research. In complex scenes inter-reflections of light between surfaces (mutual illumination) can occur, creating chromatic illumination gradients. These gradients provide a source of information about 3D object shape, but little research has been conducted into the capabilities of the visual system to use such information. The experiments described here were conducted with the aim of understanding the influence of chromatic gradients from mutual illumination on 3D shape perception. Psychophysical experiments are described that were designed to investigate: If the human visual system takes account of mutual illumination when estimating 3D object shape, and how this might occur; How colour shading cues are integrated with other shape cues; The relative influence on 3D shape perception of achromatic (luminance) shading and chromatic shading from mutual illumination. In addition, one chapter explores a selection of mathematical models of cue integration and their applicability in this case. The results of the experiments suggest that the human visual system is able to quickly assess and take account of colour mutual illuminations when estimating 3D object shape, and use chromatic gradients as an independent and effective cue. Finally, mathematical modelling reveals that the chromatic gradient cue is likely integrated with other shape cues in a way that is close to statistically optimal.

<p> The thaw rates of the active layer above the permafrost zone from a series of sites along the Hudson Bay coastline at lat. 56° have been examined with respect to temperature and moisture gradients, the characteristics of the surface layer and the bulk thermal properties for each profile. The thermal properties have been examined using firstly a Fourier approach with the parameter of degree days and using secondly a graphical approach employing thermal relationships obtained in the laboratory analyses by Kersten (1949).</p> <p> It was found that thaw rates are controlled by the interaction of a number of environmental factors of which vegetation appears to be the most important.</p> <p> The two approaches to the derivation of thermal properties give quite different results, such that the graphical approach is deemed to be unsuitable to field application.</p> / Thesis / Bachelor of Science (BSc)

No description available.

No / Image gradients - smooth changes in color and luminance - may be caused by intrinsic surface reflectance properties or extrinsic illumination phenomena, including shading, shadowing, and inter-reflections. In turn, image gradients may provide the visual system with information concerning the origin of these factors, such as the orientation of surfaces with respect to the light source. Color gradients induced by mutual illumination (MI) may play a similar role to that of luminance gradients in shape-from-shading algorithms; it has been shown that 3D shape perception modulates the influence of MI on surface color perception (M. G. Bloj, D. Kersten, & A. C. Hurlbert, 1999). In this study, we assess human sensitivity to changes in color and luminance gradients that arise from changes in the light source position, within a complex scene. In Experiment 1, we tested whether observers were able to discriminate between gradients due to different light source positions. We found that observers reliably detected a change in the gradient information when the light source position differed by only 4 deg from the reference scene. This sensitivity was mainly based on the luminance information in the gradient (Experiments 2 and 3). Some observers make use of the spatial distribution of chromaticity and luminance values within gradients when discriminating between them (Experiment 4). The high sensitivity to gradient differences supports the notion that gradients contain information that may assist in the recovery of 3D shape and scene configuration properties.

Idéalement située à la confluence entre climat tropical et climat tempéré, l'Afrique australe est une zone très sensible aux variations des conditions climatiques. Cette région fait cependant preuve d'un manque de données paléoclimatiques important, et les méthodes de reconstruction traditionnelles trouvent rapidement leurs limites face aux conditions particulières qui y sévissent. Les méthodes de reconstruction quantitatives communément employées se révèlent inutilisables face aux conditions d'aridité extrêmes qui ne permettent que très rarement l'accumulation et la préservation de pollen moderne et fossile et se confrontent également aux particularités de la végétation abritée par cette région. L'objectif de ces travaux de thèse vise à développer une méthode de reconstruction quantitative basée sur des données polliniques fossiles, à partir de la relation entre la distribution actuelle des taxons polliniques et le climat en Afrique australe. Nous avons développé une fonction de transfert utilisant les propriétés des fonctions de densité de probabilité (pdfs), permettant de transformer l'information contenue dans un assemblage pollinique en estimation quantitative du climat. En parallèle, cette étude a permis de développer une méthode permettant de sélectionner les espèces les plus probables à inclure dans chaque type pollinique qui compose un assemblage. Cette méthode de sélection des espèces (SSM) a permis de pallier la faible résolution taxonomique des données polliniques de cette région caractérisée par une biodiversité élevée et d'affiner la méthode des espèces indicatrices, afin de la rendre utilisable en Afrique australe. Cette méthodologie a été appliquée aux données polliniques du site de Wonderkrater (Afrique du Sud). Les résultats observés et leur comparaison avec ceux provenant de sites régionaux ont permis de déterminer que les températures estivales et hivernales étaient 6±2°C inférieure au cours du LGM et du Younger Dryas et que les précipitations au cours de la saison humide étaient 50% moins importantes qu'actuellement. Ces résultats montrent que les SST enregistrées dans le canal du Mozambique régissent les conditions hydrologiques du continent adjacent, en opposition avec la possible implication de l'ITCZ sous ces latitudes. Les résultats indiquent également que les deux tropiques montrent des tendances climatiques similaires au cours des derniers 20 000 ans. La méthode a ensuite été appliquée à un enregistrement pollinique provenant de la région du fynbos (Afrique du Sud). Les résultats ont montré les limites de la méthode au vu de la faible amplitude de reconstruction obtenue pour les températures entre le LGM et l'Holocène (~2°C). Les résultats ont néanmoins permis de mettre en évidence que les températures montraient un pattern similaire à celui observé en Antarctique. Nous avons également pu montrer que les périodes glaciaires coïncidaient avec les périodes les plus humides, en accord avec le modèle de Cockroft (1987). Ce modèle dérive du mécanisme de migration des « westerlies » vers l'équateur au cours des périodes glaciaires, en réponse au déplacement du vortex circcum polaire. Les travaux issus de cette thèse ont montré qu'il était possible d'utiliser la distribution actuelle des plantes pour estimer les variations quantitatives des changements climatiques passés, dans la plupart des configurations botaniques et climatiques rencontrées en Afrique australe. La méthode de sélection des espèces se révèle être un outil indispensable dans cette région de haute biodiversité. Ces travaux offrent des perspectives intéressantes dans cette zone actuellement dépourvue de reconstructions climatiques quantitatives. Cependant, les résultats émanant des deux cas d'études ont mis en évidence des faiblesses et des limites méthodologiques qui devront faire l'objet d'études supplémentaires afin d'en améliorer les performances. / Located at the interface between tropical and temperate climate systems, southern Africa is a particularly sensitive region in terms of long-term climate change. However, few reliable paleoclimatic records exist from the region – largely as a result of the arid climate with precludes the preservation of wetland sequences - , and virtually no quantitative reconstructions are available.The aim of this thesis is to develop quantitative palaeoclimate reconstruction method based the relation between modern plant distributions and climate in southern Africa. We develop botanical-climatological transfer functions derived from probability density functions (pdfs), allowing for quantitative estimates of the palaeoclimatic variables to be calculated from fossil pollen assemblages. In addition, a species-selection method (SSM) based on Bayesian statistics is outlined, which provides a parsimonious choice of most likely plant species from what are otherwise taxonomically broad pollen-types. This method addresses limitations imposed by the low taxonomic resolution of pollen identification, which is particularly problematic in areas of high biodiversity such as many regions of southern Africa.This methodology has been applied to pollen record from Wonderkrater (South Africa). Results indicate that temperatures during both the warm and cold season were 6±2°C colder during the Last Glacial Maximum and Younger Dryas, and that rainy season precipitation during the Last Glacial Maximum was ~50% of that during the mid-Holocene. Our results also imply that changes in precipitation at Wonderkrater generally track changes in Mozambique Channel sea-surface temperatures, with a steady increase following the Younger Dryas to a period of maximum water availability at Wonderkrater ~3-7 ka. These findings indicate that the northern and southern tropics experienced similar climatic trends during the last 20 kyr, and highlight the role of variations in sea-surface temperatures over the more popularly perceived role of a shifting Intertropical Convergence Zone in determining long-term environmental trends.This method has also been applied to a pollen record from Pakhuis Pass, in the Fynbos Biome (South Africa). Results show the limitations of quantitative methods, with only unrealistically low amplitude being reconstructed between the Last Glacial Maximum and Holocene (~2°C). However, results indicate that the reconstructed temperature trends, if not amplitudes, are similar to trends observed in Antarctic ice core records. Further, in reconstructing past humidity, we show that over the last 18 kyr, cooler conditions appear to be generally wetter at the site. These results are consistent with Cockcroft model (1987), derived from equatorward shift of the westerlies resulting from expansions of the circum-polar vortex.This study shows the potential of using modern plant distributions to estimates past climate parameters in southern Africa, and the species selection method proves to be a useful tool in region with high biodiversity. This work provides a novel perspective in the region, where no quantitative paleoclimatic reconstructions have been available. However, results from Pakhuis Pass highlight some of the limitations of this methodology, which will be subject of future work in this promising field of inquiry.

The ability to resolve reactions within a monolith spatially and temporally is key in developing reliable kinetic models, as well as in validating proposed reaction mechanisms. In this work, two techniques, IR-thermography and spatially-resolved capillary inlet mass spectrometry (SpaciMS), were used to measure temperature and gas-phase concentrations. Specifically, they were applied to monitor the axial distribution of temperature and concentration profiles during propylene oxidation over a Pt/Al2O3 monolith-supported catalyst. Also, the effect of thermally aging the catalyst on the temperature and concentration patterns observed was investigated. During temperature programmed oxidation experiments, the data show that conversion of propylene began at the outlet, and a reaction front generated at the rear of the monolith traveled upstream, as a moving reaction zone, thereby creating a temperature wave pattern since the reaction is exothermic. The conversion was always complete downstream of this reaction zone at any point along the catalyst. When the reactor was cooled, the conversion of propylene started to drop, accompanied by a similar temperature wave pattern that traveled in the opposite direction (from upstream to downstream) and was attributed to a phenomenon known as wrong-way behavior. Finally, thermally aging the catalyst led to a slower and more localized moving hot zone.

The ability to resolve reactions within a monolith spatially and temporally is key in developing reliable kinetic models, as well as in validating proposed reaction mechanisms. In this work, two techniques, IR-thermography and spatially-resolved capillary inlet mass spectrometry (SpaciMS), were used to measure temperature and gas-phase concentrations. Specifically, they were applied to monitor the axial distribution of temperature and concentration profiles during propylene oxidation over a Pt/Al2O3 monolith-supported catalyst. Also, the effect of thermally aging the catalyst on the temperature and concentration patterns observed was investigated. During temperature programmed oxidation experiments, the data show that conversion of propylene began at the outlet, and a reaction front generated at the rear of the monolith traveled upstream, as a moving reaction zone, thereby creating a temperature wave pattern since the reaction is exothermic. The conversion was always complete downstream of this reaction zone at any point along the catalyst. When the reactor was cooled, the conversion of propylene started to drop, accompanied by a similar temperature wave pattern that traveled in the opposite direction (from upstream to downstream) and was attributed to a phenomenon known as wrong-way behavior. Finally, thermally aging the catalyst led to a slower and more localized moving hot zone.

Afin d’estimer la capacité de réponse du chêne sessile (Quercus petraea Matt. Liebl.) aux changements climatiques en cours, le potentiel d’adaptation de cette espèce pour le débourrement a été mesuré en populations naturelles. Ces populations sont situées le long d’un gradient altitudinal comprenant 12 populations entre 131 et 1630 m, et d’un gradient latitudinal comprenant 21 populations de l’ensemble de l’aire de répartition. Tout d’abord l’empreinte démographique sur les niveaux de diversité génétique a été estimée sur les populations du gradient altitudinal à partir de marqueurs neutre. Les résultats ont montré que la diversité est maintenue le long du gradient altitudinal grâce notamment à des forts flux de gènes entre populations. La variabilité génétique du débourrement à été mesurée en tests de provenances pour 10 populations du gradient altitudinal. Les résultats ont montré une forte différenciation ainsi qu’une héritabilité élevée du trait. Une variabilité génétique importante est maintenue à l’intérieur des populations et semble indiquer que de multiples pressions de sélection agissent de manière fluctuante et/ou opposée. La diversité de gènes candidats pour le débourrement a été étudiée sur les populations des deux gradients environnementaux. Un niveau de diversité nucléotidique relativement fort et un faible déséquilibre de liaison qui décroit rapidement avec la distance ont été observés. Des signatures de sélections ont été mises en évidence sur un ensemble de gènes candidats. Une étude d’association a été menée entre variabilité du caractère et polymorphisme au sein des gènes candidats sur les populations des deux gradients. Un total de 16 associations significatives a été observé impliquant 10 gènes candidats. Ces résultats suggèrent un potentiel d’adaptation important face aux changements climatiques et offrent des perspectives intéressantes pour la compréhension des processus évolutifs qui régissent l’adaptation du chêne sessile pour le débourrement. / In order to assess the capacity of sessile oak (Quercus petraea Matt. Liebl.) to withstand the ongoing climate changes, we estimated its adaptative potential for bud burst within natural populations. These populations are located along two steep temperature gradients: an altitudinal gradient comprising 12 populations located between 131 m 1630 m, and a latitudinal gradient including 21 populations from the species’ distribution range. First the demographic imprint on the overall genetic diversity was assessed on the altitudinal gradient populations using neutral markers. Results showed that genetic diversity was homogeneously distributed along the gradient and maintained at high altitudes. The genetic variability of bud burst was measured in provenance tests for 10 populations of the altitudinal gradient. We found a high level of genetic differentiation and a high heritability for the trait. A high variability was also observed within populations, indicating that selection pressures may fluctuate in natural conditions. Genetic diversity of candidate genes for bud burst was assessed on populations from both gradients. A high level of nucleotide diversity was observed, and linkage disequilibrium was low. Selective signatures were observed on few candidate genes. An association mapping study was performed between bud burst variability and polymorphism at the candidate genes on populations of both gradients separately. A total of 16 associations involving 10 genes were observed. These results suggest an important adaptive potential of sessile oak for bud burst in the face of climate change and provide interesting perspectives for the comprehension of evolutionary processes controlling bud burst adaptation of sessile oak.

Résumé: Deux facteurs principaux, une fois combinés, permettent de comprendre l’assemblage des communautés, soient i) l’environnement (abiotique et biotique), qui agit comme un filtre sélectionnant les espèces les mieux adaptées aux conditions données, et ii) les traits fonctionnels, sur lesquels s’effectue ce filtrage environnemental puisqu’ils représentent les adaptations des espèces aux conditions données. Il est donc essentiel d’établir des relations fiables entre les conditions environnementales et la structure fonctionnelle des communautés afin de pouvoir identifier et comprendre les mécanismes régissant l’assemblage des communautés. Cependant, plusieurs facteurs tels que les interactions entre variables environnementales à différentes échelles spatiales (par exemple le climat et la fertilité des sols) peuvent complexifier la situation et c’est pourquoi, malgré une quantité grandissante d’études sur le sujet, les processus d’assemblage des communautés restent difficiles à définir et à généraliser. Cette thèse vise donc à i) mieux définir et quantifier les relations trait-environnement des systèmes d’herbacées au travers de différentes échelles spatiales et ii) déterminer l’influence de ces relations sur l’assemblage des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour réaliser ces objectifs, j’ai travaillé avec les données de programmes ayant collecté des données taxonomiques et fonctionnelles sur les communautés d’herbacées à travers la France (DivHerbe et DivGrass) et, à moindre mesure, l’Europe (VISTA). Ces bases de données couvrent donc de larges gradients climatiques régionaux ainsi que des gradients environnementaux plus locaux relatifs à la qualité des sols et aux perturbations. J’ai d’abord testé l’importance de considérer à la fois des variables environnementales locales et régionales ainsi que leurs interactions pour déterminer la structure fonctionnelle et taxonomique des communautés. J’ai ensuite étudié comment l’importance relative des processus menant soit à la convergence ou à la divergence fonctionnelle peut changer le long d’une succession, puis comment ces deux types de processus influencent notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits fonctionnels. Finalement, j’ai présenté comment les résultats au niveau des communautés peuvent être utiles pour étudier le niveau des écosystèmes. Les résultats de cette thèse démontrent que les variables climatiques régionales interagissent fortement avec les variables environnementales locales pour influencer les processus locaux déterminant l’assemblage des communautés. Évaluer le contexte régional semble donc nécessaire afin d’éviter des interprétations erronées des patrons d’assemblage observés. Travaillant avec ces deux niveaux de variation environnementale, une dissociation important entre la variation taxonomique et fonctionnelle des communautés a été mise à jour, reflétant l’importance de considérer plusieurs facettes de biodiversité pour comprendre la dynamique des communautés. Les résultats ont aussi démontré que les processus d’assemblage menant à la convergence et à la divergence ont un impact très différent et prédictible sur les relations liant les traits et les abondances des espèces, c’est-à-dire notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits. Finalement, toutes ces notions, relatives aux relations trait-environnement et à l’assemblage des communautés basé sur les traits, ont été utilisées dans un contexte de biogéographie fonctionnelle. Il a été démontré qu’il était possible de construire des cartes de valeurs de traits fonctionnels dans les prairies permanentes à l’échelle de la France, à partir de variables environnementales. Certaines propriétés écosystémiques ont ensuite pu être prédites à partir de ces cartes. Ces travaux ont donc permis d’illustrer les défis à surmonter pour utiliser nos connaissances de l’écologie fonctionnelle en vue d’une conservation et d’une exploitation viables de nos écosystèmes. / Abstract: There are two main factors which, combined together, allow understanding community assembly : i) the environment (both abiotic and biotic), which acts as a filter selecting species according to how well-adapted they are to given conditions, and ii) functional traits, on which this environmental filtering occurs since they represent species adaptations to particular conditions. It is thus essential to establish reliable relationships between environmental conditions and the functional structure of communities in order to identify and understand the mechanisms driving community assembly. However, several factors such as cross-scale interactions between environmental variables (e.g. between climate and soil fertility) complicate the situation. This is why, despite a growing body of studies on the subject, processes of community assembly are still poorly understood and are difficult to generalize. The purpose of this thesis is to i) better define and quantify the trait-environment relationships in herbaceous systems across different spatial scales and ii) determine the influence of those relationships on community assembly and on ecosystem functioning. To realize these objectives, I worked with data from programs which assembled taxonomic and functional data on herbaceous communities across France (DivHerbe and DivGrass) and, to a lesser extent, Europe (VISTA). These databases thus cover large regional climatic gradients, as well as more local environmental gradients related to soil quality and disturbances. I first tested the importance of simultaneously considering local and regional environmental variables as well as their interactions to determine the taxonomic and functional structure of communities. Then, I studied how the relative importance of processes leading to either functional convergence or divergence can change along a successional gradient, and how these two types of processes influence our ability to predict community assembly from functional traits. Finally, I presented how the results at the community-level can be used to study the ecosystem-level. The results of this thesis demonstrate that regional climatic variables strongly interact with local environmental variables in driving the local processes responsible for community assembly. Assessing the regional context is thus necessary in order to avoid erroneous interpretations of observed assembly patterns. Working with those two levels of environmental variation, important discrepancies were found between taxonomic and functional variations across communities, reflecting the importance of considering several aspects of biodiversity in order to understand community dynamics. The results also demonstrated that the assembly processes leading to functional convergence and divergence have a very different and predictable impact on the relationships between traits and species relative abundances, i.e. on our ability to predict community assembly from traits. Finally, these notions related to trait-environment relationships and to trait-based community assembly were used in a functional biogeography framework: It was possible to build maps of functional traits values in permanent grasslands across France using environmental variables. These maps then allowed predicting particular ecosystem properties. Thus, this work allowed illustrating some challenges that we are facing in using our knowledge in functional ecology to build sustainable conservation and exploitation plans for our ecosystems.

La théorie de la sélection sexuelle a été largement élaborée à partir du constat de dimorphisme sexuel chez les espèces à sexes séparés. Une de ses caractéristiques générales est une sélection plus forte pour l'augmentation du nombre de partenaires sexuels chez les mâles que chez les femelles qui résulterait d'un investissement différentiel dans les descendants entre les deux sexes (anisogamie). Si hermaphrodisme et sélection sexuelle sont considérés comme compatibles depuis les travaux de Charnov (1979), les études sur le sujet restent rares que ce soit chez des animaux ou des plantes. Une raison importante est que la méthodologie disponible pour quantifier la sélection sexuelle ne prend pas en compte les particularités des hermaphrodites (par ex., corrélations ou effets croisés entre les deux fonctions sexuelles d'un même individu, autofécondation). Le premier objectif de cette thèse est de combler cette lacune méthodologique en proposant un cadre travail adapté aux hermaphrodites, que nous appliquons dans une étude empirique chez Physa acuta, un gastéropode hermaphrodite d'eau douce. Nous observons que la sélection sexuelle est plus intense sur la fonction mâle, comme généralement chez les espèces gonochoriques. Par ailleurs, nous ne détectons aucun effet des particularités des hermaphrodites dans cette expérience. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons de manière plus détaillée aux composantes du succès reproducteur mâle (RSm). Nous montrons que chez P. acuta il existe une priorité spermatique au premier partenaire mâle lorsque plusieurs individus sont en compétition. Enfin, nous proposons une décomposition de la variance de RSm en ses composantes pré- et post-copulatoires, qui représentent respectivement 60 et 40% de la variance. Dans la troisième partie, nous intégrons la sélection sexuelle à l'étude de l'évolution de l'allocation sexuelle d'un hermaphrodite, via une approche d'évolution expérimentale chez P. acuta. Menée sur plus de 10 générations, elle vise à faire évoluer l'allocation sexuelle de manière disruptive (lignées mâle ou femelle) en sélectionnant les composantes mâle et femelle du succès reproducteur. Les résultats préliminaires suggèrent qu'il est possible de manipuler l'allocation sexuelle chez un hermaphrodite simultané en sélectionnant sur son régime d'appariement. Nous concluons que l'anisogamie suffit à justifier l'existence de la sélection sexuelle sans avoir à supposer un dimorphisme sexuel. Son étude chez les hermaphrodites simultanés ouvre des perspectives pour la compréhension du rôle de l'allocation sexuelle dans l'évolution des systèmes de reproduction. / A cornerstone of the theory of sexual selection in gonochoric species is sexual dimorphism. A very general result is stronger selection on males than on females for increasing mating success, and this fundamentally relies on differential investment in offspring between the sexes (anisogamy). Although sexual selection does operate in hermaphroditic species as well, few empirical studies have been performed whether in animals or in plants. The main reason is that the current framework for studying sexual selection does not incorporate the particularities of hermaphrodites, including correlations or cross-sex effects between sex functions and self-fertilization. The first goal of this thesis is to fill this gap by proposing an appropriate framework for hermaphrodites (generalizing that available for gonochoric species). It was applied to approach sexual selection in the hermaphroditic freshwater gastropod Physa acuta. Sexual selection turns out to be stronger on the male than on the female function, as classically observed in gonochorists. Moreover, we do not detect any effect in relation to hermaphrodites' particularities. We then focus on the components of male reproductive success (RSm) in more details. We detect a pattern of sperm precedence in conditions of sperm competition. We develop a new method for decomposing the variance in RSm into pre- and post-copulatory components (representing 60 and 40% of the variance respectively). The third section aims at integrating sexual selection in studies of sex allocation and its evolution. It relies on a protocol of experimental evolution in P. acuta. Conducted over more than 10 generations. Its aim is to observe the evolution of sex allocation by disruptively selecting male and female components of reproductive success. Preliminary results indeed suggest that it is possible to manipulate sex allocation in a simultaneous hermaphrodite by manipulating its mating system. We conclude that anisogamy alone is a sufficient condition for sexual selection to proceed, and that sexual dimorphism is not required. Study sexual selection in simultaneous hermaphrodites gives insights for understanding the role of sex allocation in the evolution of mating systems.