Genetics is among the most rewarding fields of biology for the theoretically inclined, offering both room and need for modeling approaches in the light of an abundance of experimental data of different kinds. Many aspects of the field are today understood in terms of physical and chemical models, joined by information theoretical descriptions. This thesis discusses different mechanisms and phenomena related to genetics, employing tools from statistical physics along with experimental biomolecular methods. Five articles support this work. Two articles deal with interactions between proteins and DNA. The first one reports on the properties of non-specific binding of transcription factors proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae, due to an effective background free energy which describes the affinity of a single protein for random locations on DNA. We argue that a background pool of non-specific binding sites is filled up before specific binding sites can be occupied with high probability, thus presenting a natural filter for genetic responses to spurious transcription factor productions. The second article describes an algorithm for the inference of transcription factor binding sites for proteins using a realistic physical model. The functionality of the method is verified on a set of known binding sequences for Escherichia coli transcription factors. The third article describes a possible genetic feedback mechanism between human cells and the ubiquitous Epstein-Barr virus (EBV). 40 binding regions for the major EBV transcription factor EBNA1 are identified in human DNA. Several of these are located nearby genes of particular relevance in the context of EBV infection and the most interesting ones are discussed. The fourth article describes results obtained from a positional autocorrelation analysis of the human genome, a simple technique to visualize and classify sequence repeats, constituting large parts of eukaryotic genomes. Applying this analysis to genome sequences in which previously known repeats have been removed gives rise to signals corroborating the existence of yet unclassified repeats of surprisingly long periods. The fifth article combines computational predictions with a novel molecular biological method based on the rapid amplification of cDNA ends (RACE), coined 5’tagRACE. The first search for non-coding RNAs encoded in the genome of the opportunistic bacterium Enterococcus faecalis is performed here. Applying 5’tagRACE allows us to discover and map 29 novel ncRNAs, 10 putative novelm RNAs and 16 antisense transcriptional organizations. Further studies, which are not included as articles, on the monitoring of secondary structure formation of nucleic acids during thermal renaturation and the inference of genetic couplings of various kinds from massive gene expression data and computational predictions, are outlined in the central chapters. / QC 20110316

L'objectif de cette thèse était d'une part d'identifier les motifs d'abandon chez les handballeuses et les basketteuses syriennes et de tester d'autre part trois modèles théoriques qui expliquent l'abandon sportif. Une première étude (N = 402) s'est attachée à identifier les motifs d'abandon chez ces joueuses. Les résultats ont montré que les joueuses estiment que certains motifs (e.g., tomber enceinte, avoir un mari qui ne permet plus à sa femme de faire du sport) sont très importants pour abandonner le sport. Les motifs d'abandon sont fonction du type et du niveau des joueuses ainsi que de l'âge et du niveau d'expérience. Une deuxième étude (N = 328) a testé le modèle de l'abandon sportif de Sarrazin et al., (2002) afin d'expliquer comment le climat perçu de l'entraîneur conduit à l'abandon sportif chez ces joueuses. Les résultats ont rapporté un soutien important pour ce modèle et pour la chaîne causale du modèle hiérarchique de Vallerand (1997). Ils ont montré que l'impact du climat motivationnel de l'entraîneur sur la motivation est médié par les perceptions de compétence, d'affiliation et d'autonomie des joueuses. De plus, la motivation est corrélée aux intentions d'abandonner qui prédisent l'abandon sportif chez ces joueuses. Une troisième étude (N = 237) a testé le modèle de l'engagement sportif de Guillet et al., (2002). Les résultats n'ont pas pu appuyer ce modèle. Par contre, une version modifiée a été validée. Dans celle-ci, les résultats ont montré d'une part qu'il y a trois antécédents qui prédisent l'engagement des joueuses (i.e, les contraintes sociales, l'attrait pour d'autres activités et les bénéfices perçue). D'autre part, l'engagement est relié négativement au comportement d'abandon chez les joueuses. Une quatrième étude (N = 328) s'est focalisée sur le lien entre l'identité de genre des joueuses et leur persévérance dans les activités pratiquées. Les résultats ont montré que les joueuses typées Androgynes et Masculines ont persisté beaucoup plus dans leurs activités masculines que celles typées Féminines. Finalement, une cinquième étude (N = 328) a testé une version simplifiée du modèle d'Eccles et al., (1983) proposée par Guillet et al., (2006). Les résultats ont soutenu partiellement ce modèle en montrant que l'influence de la masculinité sur les intentions d'abandonner est médiée par les valeurs de l'activité et l'habilité perçue. Ces dernières ne jouent cependant pas un rôle médiateur entre la féminité et les intentions d'abandonner. Les intentions d'abandonner prédisent l'abandon réel chez ces joueuses. En conclusion, si les motifs d'abandon donnent une idée sur les raisons qui conduisent probablement à l'abandon, les modèles théoriques reflètent une meilleure explication à l'abandon réel.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'émission paramétrique produite par des microcavités de semiconducteurs sous excitation résonnante. Ces systèmes, formés par des puits quantiques insérés au milieu d'une cavité optique de taille micrométrique, montrent des effets non-linéaires optiques. La lumière paramétrique ainsi générée a des propriétés extrêmement intéressantes, que nous avons étudié dans les microcavités unidimensionnelles, ou fils photonique, et dans les microcavités multiples. L'utilisation de ces échantillons structurés permet d'obtenir des faisceaux paramétriques équilibrés en intensité et sous incidence normale du faisceau de pompe, caractéristiques très attractifs pour des possibles applications futures. La production de deux faisceaux paramétriques, signal et complémentaire, observée sur les fils photoniques nous a poussé à étudier les corrélations entre ces deux faisceaux. A l'aide d'un interféromètre de type Hanbury Brown et Twiss nous avons réalisé des mesures de fonction de corrélation du second ordre. La statistique des photons de chacun des deux faisceaux et leurs corrélations mutuelles ont été étudiées. L'étude de l'émission paramétrique en régime OPO sur des microcavités planaires multiples a mis en évidence une brisure de symétrie et la formation de motifs issus des non-linéarités propres de notre système. Nous avons aussi mis en évidence la possibilité de contrôler de façon toute optique ces motifs, à la fois à l'aide de la polarisation linéaire du faisceau de pompe et à l'aide d'un deuxième faisceau, dit sonde. Avec cette étude nous sommes à même de marquer une analogie fondamentale entre les OPO de microcavité et les OPO de taille macroscopique.

<p>The study is about the rock engravings on the wonderstone hills just outside Ottosdal, North West province, about 70km northwest of Klerksdorp. Wonderstone is remarkable rock that is&nbsp / smooth, shiny and very easy to mark. The wonderstone occurs only on two adjacent farms, Gestoptefontein and Driekuil, and thus the rock art on the wonderstone outcrops is referred to as the Gestoptefontein- Driekuil complex (GDC). This rock art is now the only remaining trace of what must once have been a much larger complex of engravings. Sadly, much of the rock art has been destroyed in the course of mining activities, with very few records. The largest remaining outcrop is still threatened by potential mining activities. The study attempts to bring this disastrous and unacceptable situation to the attention of the public and the heritage authorities, who have so far failed to respond to applications to grant the sites protection. It therefore has two main aims: to&nbsp / locate and record as much of the rock art as possible and to understand the significance of the outcrops in the lives of the people who made them. Based on the rock art itself, as well as what little historical evidence is available, it is argued that the rock art was made by Khoe-San people during the performance of important ceremonies and other activities. The rock art has two main components: engravings of referential motifs and a gestural, or performative, element. The referential motifs depict a range of things: anthropomorphs and zoomorphs, decorative designs, items of clothing, as well as ornaments and decorations. The gestural markings were made by rubbing, cutting and hammering the soft wonderstone, probably in the course of a range of activities that people carried out on the outcrops. One of the main findings of the study is that the GDC was a place that was of particular significance to women. This is suggested by the large number of engravings of items that are closely associated with Khoe-San women &ndash / depictions of aprons, ornaments, and decorations. These play a prominent role in the initiation practices of many Khoe-San groups. Initiates emerging from ritual isolation after their first menstruation are given new clothes / they are also loaned ornaments and jewellery. This reincorporation into society as a &lsquo / new person&rsquo / has been described by some Khoe-San women as one of the high points of their lives. Oral traditions from the area indicate that the wonderstone outcrops were believed to have&nbsp / special properties / the study incorporates these traditions to argue that the wonderstone outcrops were associated with the presence of a great water snake that lay on the rocks and also lived in&nbsp / the pools of water in the nearby Driekuil Spruit. People therefore came to the outcrops to perform rites of reincorporation. One of these ceremonies may have been performing rites of association&nbsp / with the great snake / such practices may have included the use of rock dust as an ingredient for body paint.</p>

Les films minces sont abondamment utilisés pour protéger ou fonctionnaliser les surfaces. Les contraintes mécaniques peuvent cependant entraîner la ruine de ces structures par la propagation de fissures ou leur décollement. Nous présentons deux systèmes expérimentaux qui amènent à s'interroger sur les limites de validité des critères de stabilité communément admis. Pour une couche de sol- gel présentant une énergie d'adhésion modérée avec son substrat de silicium, nous observons la propagation de fissures dans des films réputés stables. Les motifs de propagation sont étonnement réguliers (en forme de spirales ou d'allées de croissants). Nous caractérisons expérimentalement cette propagation. Nous mettons en évidence un nouveau mode de propagation de fissure où la délamination et la fissure transverse collaborent. Nous montrons l'existence d'une taille d'interaction robuste entre fissures indépendantes du chargement et des énergies de rupture. Nous proposons un modèle simple permettant de prédire les conditions de propagation et la sélection des motifs. Nous caractérisons enfin la dynamique de propagation de telles fissures. Dans un second système expérimental motivé par les applications en électronique flexible, nous nous intéressons à des films nanométriques d'oxyde de zinc déposés sur des substrats de polymère. La rigidité du substrat est alors faible devant celle de la couche. Nous décrivons la fragmentation du film et proposons une extension d'un modèle de couche élastique sur fondation élasto-plastique. Enfin, nous nous intéressons à la compression et à la fragmentation d'un multicouche comportant une fine épaisseur d'argent.

Parmi les techniques utilisées en fouille de données, la recherche de motifs séquentiels permet d'extraire des connaissances sur le comportement des données. Les principaux travaux de recherche autour des motifs s'intéressent à la définition d'algorithmes efficaces pour « passer à l'échelle » et manipuler un espace de recherche volumineux. Même si ces dernières années nous nous sommes également intéressés au facteur temps pour l'extraction de motifs, les travaux présentés dans ce mémoire se focalisent plus particulièrement sur de nouvelles extensions proposées aux motifs afin d'offrir des connaissances correspondant aux attentes du décideur. Tout d'abord nous proposons une représentation des données « classiques » (i.e. booléennes) en développant les définitions de motifs séquentiels que nous avons choisis comme format de description des comportements extraits. Nous répondons ensuite, au travers de l'approche ISE, à la question suivante : comment utiliser une connaissance extraite au préalable pour optimiser la phase d'extraction lorsque de nouvelles données arrivent ? Nous proposons également une représentation moins stricte des comportements et définissons les méthodes d'extraction associées (approche approximative) : SpeedyFuzzy, MiniFuzzy et TotallyFuzzy. Via une composante floue, nous montrons que de nouveaux motifs plus informatifs peuvent être extraits. Nous poursuivons l'utilisation de l'approche approximative pour prendre en compte des contraintes temporelles dans des motifs : GETC. Cette approche complète nos précédents travaux consistant à intégrer très tôt les contraintes dans le processus d'extraction et ainsi optimiser leur prise en compte : GTC.<br />Lorsque les données manipulées deviennent plus complexes, nous montrons que les motifs s'avèrent être également une représentation adaptée. Nous nous attachons à décrire certaines de nos propositions sur deux types de données complexes : (1) pour les documents textuels, nous proposons une approche de classification supervisée SPAC et (2) pour les données multidimensionnelles, nous présentons deux nouvelles techniques permettant de prendre en compte différentes dimensions d'analyse, M2SP, et la hiérarchie disponible sur les dimensions : HYPE.

L'anthropologie nous permet, dans ses avancées récentes, de mieux comprendre la complexité du monde symbolique de l'Antiquité. Virgile et son Enéide nous proposent un exemple de cette complexité, et nos analyses s'efforceront d'appréhender la grande épopée romaine comme récit donnant à voir de façon cryptée une série de cartes, de routes et de chemins symboliques, tendant à définir des itinéraires initiatiques. Nous repérerons plus particulièrement deux réseaux.D'abord, un processus initiatique établissant une carte de la progression d'Enée au milieu de la faune et de la flore.Ensuite, et en correspondance avec ce niveau terrestre, nous établirons une correspondance avec une carte céleste, ce qui mettra en évidence deux aires zodiacales servant un projet spirituel d'Enée.A partir de ces matériaux, et en élargissant notre analyse, nous tenterons de poser le problème de la représentation dans une perspective symbolique.

Au cours de ces dernières années, le problème de la recherche de requêtes fréquentes dans les bases de données est un problème qui a suscité de nombreuses recherches. En effet, beaucoup de motifs intéressants comme les règles d'association, des dépendances fonction- nelles exactes ou approximatives, des dépendances fonctionnelles conditionnelles exactes ou approximatives peuvent être découverts simplement, contrairement au méthodes clas- siques qui requièrent plusieurs transformations de la base pour extraire de tels motifs. Cependant, le problème de la recherche de requêtes fréquentes dans les bases de données relationnelles est un problème difficile car, d'une part l'espace de recherche est très grand (puisque égal à l'ensemble de toutes les requêtes pouvant être posées sur une base de données), et d'autre part, savoir si deux requêtes sont équivalentes (donc engendrant les calculs de support redondants) est un problème NP-Complet. Dans cette thèse, nous portons notre attention sur les requêtes de type Projection- Selection-Jointure (PSJ), et nous supposons que la base de données est définie selon un schéma étoile. Sous ces hypothèses, nous définissons une relation de pré-ordre (≤) entre les requêtes et nous montrons que : 1. La mesure de support est anti-monotone par rapport à ≤, et 2. En définissant, q ≡ q′ si et seulement si q ≤ q′ et q′ ≤ q, alors toutes les requêtes d'une même classe d'équivalence ont même support. Les principales contributions de cette thèse sont, d'une part d'étudier formellement les propriétés du pré-ordre et de la relation d'équivalence ci-dessus, et d'autre part, de pro- poser un algorithme par niveau de type Apriori pour rechercher l'ensemble des requêtes fréquentes d'une base de données définie sur un schéma étoile. De plus, cet algorithme a été implémenté et les expérimentations que nous avons réalisées montrent que, selon notre approche, le temps de calcul des requêtes fréquentes dans une base de données définie sur un schéma étoile reste acceptable, y compris dans le cas de grandes tables de faits.

L'extraction de motifs ayant une signification biologique, et notamment l'identification de sites de régulation de la synthèse protéique dans les séquences primaires d'ADN est un des enjeux de la recherche en bioinformatique. Une anomalie dans cette régulation peut avoir de graves conséquences sur la santé d'un organisme. Aussi, l'extraction de ces sites permet de mieux comprendre le fonctionnement cellulaire et de soigner certaines pathologies.<br /><br />Les difficultés posées par ce problème sont le manque d'informations sur les motifs à extraire, ainsi que le volume important des données à traiter. Deux algorithmes polynomiaux -- l'un déterministe et l'autre probabiliste -- permettant de le traiter ont été conçus. Dans ce contexte, nous avons introduit une nouvelle famille de fonctions de score et étudié leurs propriétés statistiques. Nous avons également caractérisé le langage reconnu par la structure d'index appelée "Oracle", et proposé une amélioration la rendant plus efficace.

L'ostéoporose est une maladie osseuse caractérisée par une perte importante de la masse osseuse et des altérations de la microarchitecture du tissu osseux. Aujourd'hui, en routine clinique, le diagnostic de l'ostéoporose est basé principalement sur une mesure de la densité minérale osseuse qui n'est pas suffisante, car elle doit être accompagnée par une analyse de la qualité de la microarchitecture osseuse. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la caractérisation des images de radiographies osseuses pour le diagnostic précoce de l'ostéoporose. Pour ce faire, afin de mieux caractériser la texture osseuse sur radiographie, nous avons introduit une nouvelle technique de prétraitement des données pour réduire les redondances et éliminer le bruit issu des capteurs d'acquisition. Pour la caractérisation, nous avons proposé une nouvelle technique d'analyse inspirée des motifs binaires locaux (Local Binary Patterns, LBP). Le nouveau descripteur, appelé 1DLBP (One Dimensional Local Binary Patterns) s'applique de manière unidimensionnelle. Pour tester l'efficacité de notre approche, nous avons réalisé deux études cliniques où le nouveau descripteur LBP1D est comparé à la méthode classique, LBP afin de classifier des patients ostéoporotiques et des sujets sains. Les pourcentages de classification obtenus ont été améliorés de 72% avec la méthode classique LBP à 91% avec le nouveau descripteur 1DLBP.