Basal Temperature of Snow (BTS) measurements were used as the primary inputs to a high resolution (30 x 30 m grid cells) empirical-statistical regional permafrost probability model for the southern and central Yukon, and northernmost British Columbia (59° - 65°N). Data from seven individual study areas distributed across the region were combined using a blended distance decay technique, with an eighth area used for validation. The model predictions are reasonably consistent with previous permafrost maps for the area with some notable differences and a much higher level of detail. The modelling gives an overall permafrost probability of 52%. North of 62°N, permafrost becomes more extensive in the lowland areas whereas farther south permafrost is typically common only above treeline. Significant differences exist between the mountain environments of the Yukon and the Swiss Alps where the BTS method originated and as a result different modelling approaches had to be developed. This work therefore: (1) develops additional explanatory variables for permafrost probability modelling, the most notable of which is equivalent elevation, (2) confirms the use of ground truthing as a requirement for empirical-statistical modelling in the Yukon and (3) uses a combination of models for the region in order to spatially predict between study areas. The results of this thesis will be of use to linear infrastructure route-planning, geohazard assessment and climate change adaptation strategies. Future work employing the model will allow the effects of scenario-based climate warming to be examined.

Basal Temperature of Snow (BTS) measurements were used as the primary inputs to a high resolution (30 x 30 m grid cells) empirical-statistical regional permafrost probability model for the southern and central Yukon, and northernmost British Columbia (59° - 65°N). Data from seven individual study areas distributed across the region were combined using a blended distance decay technique, with an eighth area used for validation. The model predictions are reasonably consistent with previous permafrost maps for the area with some notable differences and a much higher level of detail. The modelling gives an overall permafrost probability of 52%. North of 62°N, permafrost becomes more extensive in the lowland areas whereas farther south permafrost is typically common only above treeline. Significant differences exist between the mountain environments of the Yukon and the Swiss Alps where the BTS method originated and as a result different modelling approaches had to be developed. This work therefore: (1) develops additional explanatory variables for permafrost probability modelling, the most notable of which is equivalent elevation, (2) confirms the use of ground truthing as a requirement for empirical-statistical modelling in the Yukon and (3) uses a combination of models for the region in order to spatially predict between study areas. The results of this thesis will be of use to linear infrastructure route-planning, geohazard assessment and climate change adaptation strategies. Future work employing the model will allow the effects of scenario-based climate warming to be examined.

Basal Temperature of Snow (BTS) measurements were used as the primary inputs to a high resolution (30 x 30 m grid cells) empirical-statistical regional permafrost probability model for the southern and central Yukon, and northernmost British Columbia (59° - 65°N). Data from seven individual study areas distributed across the region were combined using a blended distance decay technique, with an eighth area used for validation. The model predictions are reasonably consistent with previous permafrost maps for the area with some notable differences and a much higher level of detail. The modelling gives an overall permafrost probability of 52%. North of 62°N, permafrost becomes more extensive in the lowland areas whereas farther south permafrost is typically common only above treeline. Significant differences exist between the mountain environments of the Yukon and the Swiss Alps where the BTS method originated and as a result different modelling approaches had to be developed. This work therefore: (1) develops additional explanatory variables for permafrost probability modelling, the most notable of which is equivalent elevation, (2) confirms the use of ground truthing as a requirement for empirical-statistical modelling in the Yukon and (3) uses a combination of models for the region in order to spatially predict between study areas. The results of this thesis will be of use to linear infrastructure route-planning, geohazard assessment and climate change adaptation strategies. Future work employing the model will allow the effects of scenario-based climate warming to be examined.

Cette thèse porte sur des classes d’objets combinatoires, qui modélisent des données en bio-informatique. Nous étudions notamment deux méthodes de mutation des gènes à l’intérieur du génome : la duplication et l’inversion. Nous étudions d’une part le problème de la duplication-miroir complète avec perte aléatoire en termes de permutations à motifs exclus. Nous démontrons que la classe de permutations obtenue avec cette méthode après p duplications à partir de l’identité est la classe de permutations qui évite les permutations alternées de longueur 2p + 1. Nous énumérons également le nombre de duplications nécessaires et suffisantes pour obtenir une permutation quelconque de longueur n à partir de l’identité. Nous proposons également deux algorithmes efficaces permettant de reconstituer deux chemins différents entre l’identité et une permutation déterminée. Nous donnons enfin des résultats connexes sur d’autres classes proches. La restriction de la relation d’ordre < induite par le code de Gray réfléchi à l’ensemble des compositions et des compositions bornées induit de nouveaux codes de Gray pour ces ensembles. La relation d’ordre < restreinte à l’ensemble des compositions bornées d’un intervalle fournit encore un code de Gray. L’ensemble des ncompositions bornées d’un intervalle généralise simultanément l’ensemble produit et l’ensemble des compositions d’un entier et donc la relation < définit de façon unifiée tous ces codes de Gray. Nous réexprimons les codes de Gray de Walsh et Knuth pour les compositions (bornées) d’un entier à l’aide d’une unique relation d’ordre. Alors, le code de Gray deWalsh pour des classes de compositions et de permutations devient une sous-liste de celui de Knuth, lequel est à son tour une sous-liste du code de Gray réfléchi. / This thesis considers classes of combinatorial objects that model data in bioinformatics. We have studied two methods of mutation of genes within the genome : duplication and inversion. At first,we study the problem of the whole mirror duplication-random lossmodel in terms of pattern avoiding permutations. We prove that the class of permutations obtained with this method after p duplications from the identity is the class of permutations avoiding alternating permutations of length 2p + 1.We also enumerate the number of duplications that are necessary and sufficient to obtain any permutation of length n from the identity. We also suggest two efficient algorithms to reconstruct two different paths between the identity and a specified permutation. Finally,we give related results on other classes nearby. The restriction of the order relation < induced by the reflected Gray code for the sets of compositions and bounded compositions gives new Gray codes for these sets. The order relation < restricted to the set of bounded compositions of an interval also yields a Gray code. The set of bounded n-compositions of an interval simultaneously generalizes product set and compositions of an integer, and so < puts under a single roof all theseGray codes.We re-expressWalsh’s and Knuth’sGray codes for (bounded) compositions of an integer in terms of a unique order relation, and so Walsh’s Gray code becomes a sublist of Knuth’s code, which in turn is a sublist of the Reflected Gray Code.

Basal Temperature of Snow (BTS) measurements were used as the primary inputs to a high resolution (30 x 30 m grid cells) empirical-statistical regional permafrost probability model for the southern and central Yukon, and northernmost British Columbia (59° - 65°N). Data from seven individual study areas distributed across the region were combined using a blended distance decay technique, with an eighth area used for validation. The model predictions are reasonably consistent with previous permafrost maps for the area with some notable differences and a much higher level of detail. The modelling gives an overall permafrost probability of 52%. North of 62°N, permafrost becomes more extensive in the lowland areas whereas farther south permafrost is typically common only above treeline. Significant differences exist between the mountain environments of the Yukon and the Swiss Alps where the BTS method originated and as a result different modelling approaches had to be developed. This work therefore: (1) develops additional explanatory variables for permafrost probability modelling, the most notable of which is equivalent elevation, (2) confirms the use of ground truthing as a requirement for empirical-statistical modelling in the Yukon and (3) uses a combination of models for the region in order to spatially predict between study areas. The results of this thesis will be of use to linear infrastructure route-planning, geohazard assessment and climate change adaptation strategies. Future work employing the model will allow the effects of scenario-based climate warming to be examined.

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Titre de l'écran-titre (visionné le 5 décembre 2023) / Selon les modèles climatiques, de nombreuses espèces forestières devraient faire face à des changements dans leurs zones d'adéquation climatique au cours du siècle à venir. Cela s'explique par leur nature sessile, les rendant incapables de migrer à un rythme compatible avec les changements climatiques. Il est donc essentiel de comprendre la capacité de ces espèces à persister face à ces changements, également connue sous le nom de capacité d'adaptation d'une espèce. L'objectif principal de ma thèse est de comprendre la capacité d'adaptation du P. tremuloides Michaux de la section Populus (Leuce), l'espèce d'arbre la plus répandue en Amérique du Nord (NA), en évaluant sa la composition génétique de ainsi que sa plasticité phénotypique. Dans le chapitre 1, j'ai cherché à décrire la composition génétique de l'espèce à l'échelle de l'aire de répartition, y compris la ploïdie (diploïde/triploïde), la clonalité, la structure génétique et la diversité génétique, ainsi que les valeurs aberrantes de la $F_\textup{ST}$ au sein des groupes génétiques du peuplier faux-tremble et entre eux. De plus, j'ai évalué la plasticité de la germination de populations du Québec et de l'Utah dans des conditions de stress de température et de sécheresse. J'ai identifié quatre groupes génétiques majeurs, représentant le nord-est NA, le nord-ouest NA, l'ouest des États-Unis (WUS) et le Mexique (MX). La diversité la plus élevée a été observée au sein des deux groupes nordiques, suivis par les groupes WUS et MX. Une relation significative a été identifiée entre l'occurrence de la triploïdie et les conditions plus chaudes et plus sèches, indiquant un rôle adaptatif potentiel de la triploïdie. J'ai identifié environ 1 000 SNP aberrants ($F_\textup{ST}$) associés à la température et aux précipitations. En cas de sécheresse, le taux de germination des graines des génotypes de l'Utah était significativement plus faible que ceux du Québec. Dans le chapitre 2, pour comprendre comment le passé a façonné la structure génétique actuelle, j'ai étudié la dynamique historique des populations entre et au sein des groupes génétiques actuels, sur la base d'hypothèses éclairées. En outre, j'ai effectué une analyse plus approfondie de la variation adaptative (génomique du paysage) afin d'obtenir des informations sur l'adaptation locale de l'espèce. J'ai identifié deux groupes génomiques de SNP adaptatifs sur les scaffolds 3 et 13, qui correspondent à la présence d'inversions majeures de séquences génomiques. Ces inversions pourraient maintenir des combinaisons de SNP locaux adaptés en réprimant les taux de recombinaison. J'ai également identifié des modèles d'expansion historique pour les groupes du nord ainsi que pour le groupe WUS, tandis qu'un modèle de goulot d'étranglement a été identifié pour le groupe MX. La première scission de l'espèce s'est produite entre les groupes WUS et MX, suivie d'une scission avec le groupe NA du nord-est et enfin avec le groupe NA du nord-ouest. Cela permet d'avancer l'hypothèse que l'origine de l'espèce se trouve au Mexique, où se trouve également la plus ancienne espèce de peuplier existante soit P. mexicana, et que la section Populus (Leuce) pourrait être d'origine plus ancienne. La découverte et l'inclusion de nouveaux taxons mexicains dans la sect. Populus (Leuce), qui représentent une diversité génétique jusqu'à présent inexploitée, permettront également de déterminer sa place exacte dans la phylogénie globale de Populus L. Dans le chapitre 3, j'ai évalué la variation intraspécifique présente au sein de chacun des quatre groupes génétiques de P. tremuloides pour plusieurs caractéristiques foliaires, notamment la densité des stomates, la teneur en carbone et en azote et la forme des feuilles. En outre, j'ai réalisé une expérience de jardin commun sous différentes températures et un stress de sécheresse, au cours de laquelle j'ai prélevé des échantillons pour l'ARNseq et j'ai mesuré des caractéristiques physiologiques, tel que la photosynthèse nette, la conductance stomatique et l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Une relation positive entre la densité stomatique et les précipitations annuelles moyennes a été identifiée à l'échelle de l'aire de répartition, ce qui indique une adaptation locale. Dans les génotypes de MX, j'ai identifié des pétioles significativement plus longs, reflétant potentiellement une adaptation à des latitudes plus basses, ainsi qu'un $\delta^{13}C$ plus élevé et des réductions plus fortes de la photosynthèse nette en cas de sécheresse par rapport aux autres génotypes, reflétant potentiellement une adaptation à des conditions arides. Enfin, de nombreux gènes différentiellement exprimés ont été identifiés, entre les différents stress évalués, ainsi qu'entre les génotypes de différents groupes génétiques, dont plusieurs ont été identifiés par des analyses antérieures d'association génotype-environnement et de valeurs aberrantes $F_\textup{ST}$. Ces résultats ont mis en lumière des gènes potentiellement impliqués dans l'adaptation locale fournissant ainsi des gènes candidats prometteurs pour des études (fonctionnelles) plus approfondies. Dans l'ensemble, ce travail constitue une base solide pour la poursuite des recherches sur l'espèce d'arbre P. tremuloides afin d'obtenir une vision plus complète de la capacité d'adaptation de l'espèce. / Many forest tree species are predicted to face changing climate suitability zones within the next century, as, due to their sessile nature, they are often unable to co-migrate with changing climate at comparable pace. It is therefore essential to understand the ability of these species to persist under these changes, also known as a species' adaptive capacity. The main aim of my thesis is to obtain insights into the adaptive capacity of P. tremuloides Michaux of section Populus (Leuce), the most widespread tree species in North America (NA), through estimating the species' genetic makeup as well as phenotypic plasticity. In Chapter 1, I aimed to assess the range-wide genetic makeup, including ploidy (diploid/triploid), clonality, genetic structure and diversity, as well as $F_\textup{ST}$ outliers within and across the genetic lineages of Quaking aspen. Moreover, I assessed germination plasticity of populations from Quebec and Utah under temperature and drought stress conditions. I identified four major genetic clusters, representing northeast NA, northwest NA, western United States (WUS) and Mexico (MX). Highest diversity was identified in the two northern, followed by the WUS and MX clusters. A significant relationship was identified between the occurrence of triploidy and warmer and drier conditions, indicating a potential adaptive role of triploidy. I identified around 1k $F_\textup{ST}$ outlier SNPs associated with temperature and precipitation. Under drought stress, seed germination rate was significantly lower in Utah compared to Quebec genotypes. In Chapter 2, to understand how the past shaped the current genetic structure, I studied historical population dynamics between and within current genetic clusters, based on informed hypotheses. Moreover, I performed a more in-depth analysis of adaptive variation (landscape genomics) in order to obtain insights into local adaptation in the species. I identified two genomic clusters of adaptive SNPs on scaffolds 3 and 13, that conform with the presence of major genomic sequence inversions. Such inversions could maintain combinations of local adapted SNPs by repressing recombination rates. I also identified historical expansion patterns for the northern clusters as well as the WUS cluster, while a bottleneck pattern was identified for the MX cluster. The first split of the species occurred between WUS and MX clusters, followed by a split with the northeast NA cluster and lastly the northwest NA cluster. This brings forward the hypothesis that the species' origin lies in Mexico, where also the oldest extant poplar species P. mexicana is found, and that section Populus (Leuce) might be of older origin. The discovery and inclusion of new Mexican taxa in sect. Populus (Leuce), which constitute hitherto unexploited genetic diversity, will also help determine its exact place in the overall phylogeny of Populus L. In Chapter 3, I identified intraspecific variation for several leaf traits including, stomata density, carbon and nitrogen content and leaf shape in P. tremuloides originating from the four identified clusters. Additionally, I performed a common garden experiment under differing temperaturesand drought stress, during which I sampled for RNAseq and measured physiology, including net photosynthesis, stomatal conductance, and water use efficiency. A range-wide positive relationship between stomatal density and mean annual precipitation was identified, indicative of local adaptation. In genotypes from MX, I identified significantly longer petioles, potentially reflecting adaptation to lower latitudes, as well as higher $\delta^{13}C$ and stronger reductions in net photosynthesis under drought in comparison to other genotypes, potentially reflecting adaptation to arid conditions. Lastly, numerous differentially expressed genes were identified between different assessed stresses as well as between genotypes from different genetic clusters, several of which were identified by previous genotype-environment association and $F_\textup{ST}$ outlier analyses, potentially reflecting genes involved in local adaptation and providing promising candidate genes for further (functional) study. Finally, the environmentally adaptive SNPs identified in this work will be incorporated into a genomic offset study to predict the extent of genomic mismatch under future climate conditions, thereby providing more concrete insights into adaptive capacity. However, further work is needed to estimate the extent of phenotypic plasticity in the species, which can be achieved through extensive experiments in the common garden. Overall, this work provides a solid foundation for further research on the tree species P. tremuloides to gain a more complete view of the species' adaptability. This knowledge is essential for forest managers to make informed management decisions.

Für die makroskopischen Eigenschaften und Funktionen biologisch relevanter Materie spielen schwache, intra- und intermolekulare Wechselwirkungen dispersiver und elektrostatischer Natur auf molekularem Niveau eine große Rolle. Um diese schwachen Wechselwirkungen zu untersuchen, können Modellsysteme, isoliert in der Gasphase, herangezogen werden. Benzoldimer, ein schwach gebundener Van der Waals Komplex, kann beispielsweise als Modellsystem für dispersive Wechselwirkungen dienen. In der vorliegenden Arbeit werden die strukturellen Eigenschaften und die (interne) Dynamik des Benzoldimers mit Hilfe spektroskopischer Methoden in den Energiebereichen der Rotationen, Vibrationen und elektronischen Übergänge untersucht und im Kontext der Symmetrie diskutiert. Die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente tragen zu einem tieferen Verständnis des Benzoldimers bei, jedoch zeigt das Experiment zur internen Dynamik auch, dass eine ausreichende theoretische Beschreibung des Benzoldimers nach wie vor eine Herausforderung darstellt. Schwingungsübergänge hochsymmetrischer Moleküle sind oft optisch inaktiv, können jedoch mit der hier vorgestellten Methode der Symmetrieerniedrigung durch Komplexierung zugänglich gemacht werden, wie am Beispiel des Benzols demonstriert wird. Außerdem wird ein Mechanismus vorgstellt, der kollisionsinduzierte Konformationsänderungen in einem Molekularstrahl beschreibt. Dieses Modell kann generell für Molekularstrahlexperimente an flexiblen Molekülen hilfreich sein, einerseits um die beobachtete Konformationsverteilung zu verstehen, andererseits um die experimentellen Parameter gezielt zu verändern und somit Konformerpopulationen zu manipulieren. Die in dieser Dissertation vorgestellten spektroskopischen Experimente liefern einerseits molekülspezifische Informationen und ermöglichen andererseits, Modelle, die von allgemeiner Bedeutung sind, zu entwickeln. / The macroscopically observable properties and functionalities of biological matter are often determined by weak intra- and intermolecular interactions on the microscopic level. Such weak interactions are for example hydrogen bonding and van der Waals interactions and can be investigated best on isolated model systems in the gas phase. The benzene dimer, for example, is a prototype system to investgate dispersive interactions. The spectroscopic experiments, covering the energy ranges of rotations, vibrations and electronic transitions, presented in this thesis, contribute to a deeper understanding of the benzene dimer. However, from the experiments investigating the internal dynamics it becomes clear that an appropriate theoretical description of the benzene dimer is still a challenge. Vibrational transitions of highly symmetric molecules, as for example of the benzene, are often optically inactive. Here, a method is presented, which exploits symmetry reduction upon complexation and thus allows one to access such modes. Furthermore, a model is proposed describing collision induced conformational interconversion in a molecular beam. This model can be helpful for molecular beam experiments of flexible molecules to understand the observed relative conformational population and to adapt the experimental conditions allowing for the manipulation of the relative conformer abundances. In this thesis, results are presented that allow one on the one hand to deduce molecular specific information and that on the other hand also give a broader insight into phenomena of general importance.

Dans le circuit de la greffe de cornée, l'endothélium de chaque greffon est observé en microscopie optique conventionnelle afin de vérifier que sa densité cellulaire est suffisante pour maintenir une bonne transparence après l'opération. Les greffons étant conservés dans un milieu spécifique, ils sont imprégnés de liquide et présentent donc des plis qui perturbent l'observation et le comptage des cellules. Ce problème pratique est à l'origine d'une étude théorique sur les concepts de profondeur de champ étendue et de shape-from-focus. A partir d'une séquence d'images acquise par sectionnement optique, les informations les plus nettes permettent d'une part d'accéder à la topographie de la surface observée et d'autre part de restaurer l'image de sa texture. Une reconstruction surfacique 3-D est alors obtenue en projetant la texture sur la topographie. Cette thèse considère essentiellement l'étape fondamentale de mesure de netteté du processus de reconstruction. Des nouvelles mesures génériques offrant une haute sensibilité à la netteté sont introduites. De par une stratégie 3-D originale au travers de la séquence d'images, une autre mesure très robuste au bruit est proposée. Toutes ces mesures sont testées sur des données simulées puis diverses acquisitions réelles en microscopie optique conventionnelle et comparées aux méthodes de la littérature. Par ailleurs, la mesure 3-D améliore nettement les reconstructions d'endothéliums cornéens à partir de leurs acquisitions particulièrement perturbées (inversions de contraste). Un processus itératif complet de reconstruction 3-D d'endothéliums cornéens est finalement décrit, aboutissant à des résultats solides et exploitables.

Cette thèse concerne l'étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l'évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu'aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d'altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d'hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l'ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l'océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d'altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l'altération des phases magnétiques et les températures d'altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d'une phase secondaire, l'hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l'acquisition de profils d'anomalies magnétiques marines de surface et d'un profil d'anomalies de fond " deep tow " à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d'anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d'onde ou " tiny-wiggles " à travers l'ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d'onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n'est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question.