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Business organisations today are faced with the complex problem of dealing with evolution in their software information systems. This effectively concerns the accommodation and facilitation of change, in terms of both changing user requirements and changing technological requirements. An approach that uses the software development life-cycle as a vehicle to study the problem of evolution is adopted. This involves the stages of requirements analysis, system specification, design, implementation, and finally operation and maintenance. The problem of evolution is one requiring proactive as well as reactive solutions for any given application domain. Measuring evolvability in conceptual models and the specification of changing requirements are considered. However, even "best designs" are limited in dealing with unanticipated evolution, and require implementation phase paradigms that can facilitate an evolution correctly (semantic integrity), efficiently (minimal disruption of services) and consistently (all affected parts are consistent following the change). These are also discussed / Computing / M. Sc. (Information Systems)

Nous proposons dans cette thèse de caractériser quantitativement la variabilité à différentes échelles au cours de l'embryogenèse. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison de modèles mathématiques et de résultats expérimentaux. Dans la première partie, nous utilisons une petite cohorte d'oursins digitaux pour construire une représentation prototypique du lignage cellulaire, reliant les caractéristiques des cellules individuelles avec les dynamiques à l'échelle de l'embryon tout entier. Ce modèle probabiliste multi-niveau et empirique repose sur les symétries des embryons et sur les identités cellulaires; cela permet d'identifier un niveau de granularité générique pour observer les distributions de caractéristiques cellulaires individuelles. Le prototype est défini comme le barycentre de la cohorte dans la variété statistique correspondante. Parmi plusieurs résultats, nous montrons que la variabilité intra-individuelle est impliquée dans la reproductibilité du développement embryonnaire. Dans la seconde partie, nous considérons les mécanismes sources de variabilité au cours du développement et leurs relations à l'évolution. En nous appuyant sur des résultats expérimentaux montrant une pénétrance incomplète et une expressivité variable de phénotype dans une lignée mutante du poisson zèbre, nous proposons une clarification des différents niveaux de variabilité biologique reposant sur une analogie formelle avec le cadre mathématique de la mécanique quantique. Nous trouvons notamment une analogie formelle entre l'intrication quantique et le schéma Mendélien de transmission héréditaire. Dans la troisième partie, nous étudions l'organisation biologique et ses relations aux trajectoires développementales. En adaptant les outils de la topologie algébrique, nous caractérisons des invariants du réseaux de contacts cellulaires extrait d'images de microscopie confocale d'épithéliums de différentes espèces et de différents fonds génétiques. En particulier, nous montrons l'influence des histoires individuelles sur la distribution spatiales des cellules dans un tissu épithélial. / We propose in this thesis to characterize variability quantitatively at various scales during embryogenesis. We use a combination of mathematical models and experimental results. In the first part, we use a small cohort of digital sea urchin embryos to construct a prototypical representation of the cell lineage, which relates individual cell features with embryo-level dynamics. This multi-level data-driven probabilistic model relies on symmetries of the embryo and known cell types, which provide a generic coarse-grained level of observation for distributions of individual cell features. The prototype is defined as the centroid of the cohort in the corresponding statistical manifold. Among several results, we show that intra-individual variability is involved in the reproducibility of the developmental process. In the second part, we consider the mechanisms sources of variability during development and their relations to evolution. Building on experimental results showing variable phenotypic expression and incomplete penetrance in a zebrafish mutant line, we propose a clarification of the various levels of biological variability using a formal analogy with quantum mechanics mathematical framework. Surprisingly, we find a formal analogy between quantum entanglement and Mendel’s idealized scheme of inheritance. In the third part, we study biological organization and its relations to developmental paths. By adapting the tools of algebraic topology, we compute invariants of the network of cellular contacts extracted from confocal microscopy images of epithelia from different species and genetic backgrounds. In particular, we show the influence of individual histories on the spatial distribution of cells in epithelial tissues.

Nous proposons dans cette thèse de caractériser quantitativement la variabilité à différentes échelles au cours de l'embryogenèse. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison de modèles mathématiques et de résultats expérimentaux. Dans la première partie, nous utilisons une petite cohorte d'oursins digitaux pour construire une représentation prototypique du lignage cellulaire, reliant les caractéristiques des cellules individuelles avec les dynamiques à l'échelle de l'embryon tout entier. Ce modèle probabiliste multi-niveau et empirique repose sur les symétries des embryons et sur les identités cellulaires; cela permet d'identifier un niveau de granularité générique pour observer les distributions de caractéristiques cellulaires individuelles. Le prototype est défini comme le barycentre de la cohorte dans la variété statistique correspondante. Parmi plusieurs résultats, nous montrons que la variabilité intra-individuelle est impliquée dans la reproductibilité du développement embryonnaire. Dans la seconde partie, nous considérons les mécanismes sources de variabilité au cours du développement et leurs relations à l'évolution. En nous appuyant sur des résultats expérimentaux montrant une pénétrance incomplète et une expressivité variable de phénotype dans une lignée mutante du poisson zèbre, nous proposons une clarification des différents niveaux de variabilité biologique reposant sur une analogie formelle avec le cadre mathématique de la mécanique quantique. Nous trouvons notamment une analogie formelle entre l'intrication quantique et le schéma Mendélien de transmission héréditaire. Dans la troisième partie, nous étudions l'organisation biologique et ses relations aux trajectoires développementales. En adaptant les outils de la topologie algébrique, nous caractérisons des invariants du réseaux de contacts cellulaires extrait d'images de microscopie confocale d'épithéliums de différentes espèces et de différents fonds génétiques. En particulier, nous montrons l'influence des histoires individuelles sur la distribution spatiales des cellules dans un tissu épithélial. / We propose in this thesis to characterize variability quantitatively at various scales during embryogenesis. We use a combination of mathematical models and experimental results. In the first part, we use a small cohort of digital sea urchin embryos to construct a prototypical representation of the cell lineage, which relates individual cell features with embryo-level dynamics. This multi-level data-driven probabilistic model relies on symmetries of the embryo and known cell types, which provide a generic coarse-grained level of observation for distributions of individual cell features. The prototype is defined as the centroid of the cohort in the corresponding statistical manifold. Among several results, we show that intra-individual variability is involved in the reproducibility of the developmental process. In the second part, we consider the mechanisms sources of variability during development and their relations to evolution. Building on experimental results showing variable phenotypic expression and incomplete penetrance in a zebrafish mutant line, we propose a clarification of the various levels of biological variability using a formal analogy with quantum mechanics mathematical framework. Surprisingly, we find a formal analogy between quantum entanglement and Mendel’s idealized scheme of inheritance. In the third part, we study biological organization and its relations to developmental paths. By adapting the tools of algebraic topology, we compute invariants of the network of cellular contacts extracted from confocal microscopy images of epithelia from different species and genetic backgrounds. In particular, we show the influence of individual histories on the spatial distribution of cells in epithelial tissues.

Les Québécois sont de plus en plus conscients de l’environnement qui les entoure et de l’importance d’en assurer la qualité et la pérennité. Certains phénomènes, tels les changements climatiques, l’accumulation de polluants organiques persistants et l’amincissement de la couche d’ozone, que nous qualifierons de phénomènes environnementaux diffus, sont engendrés par de multiples émetteurs de polluants et ont des effets globaux qui ne peuvent être liés à un événement précis et dont les impacts sont difficiles à identifier et à quantifier pour le moment. En l’absence de preuve quant aux effets qu’auront ces phénomènes diffus sur les citoyens et les difficultés liées à la preuve scientifique du lien causal entre ce dommage et un émetteur de polluant donné, les recours classiques en responsabilité civile et pour troubles de voisinage, prévus aux articles 1457 et 976 C.c.Q., apparaissent inopérants. Nous nous interrogeons donc sur l’existence d’un droit à l’environnement qui conférerait aux citoyens le droit de vivre dans un environnement sain et leur permettrait ainsi de réclamer que cesse toute atteinte environnementale engendrée par ces phénomènes, même si elle n’a pas d’effet directement sur eux. Considérant l’importance de l’efficacité des recours qui pourraient permettre une mise en œuvre de ce droit, nous procéderons à l’analyse de trois sources potentielles d’un droit à l’environnement sous cet angle. À cet effet, nous étudierons les recours constitutionnels et quasi-constitutionnels liés à la Charte canadienne des droits et libertés, à la Charte des droits et libertés de la personne et au recours institutionnel prévu dans la Loi sur la qualité de l’environnement. Considérant l’absence de reconnaissance suffisante d’un droit à l’environnement et de recours efficaces pour en assurer la mise en œuvre, nous proposerons ensuite des pistes de solution afin que puisse être développé un mécanisme permettant une réponse judiciaire aux phénomènes environnementaux diffus. / The quality of the environment has become a growing concern in the recent years for Quebec citizens. Phenomena such as climate change, persistent organic pollutants and the depletion of the ozone layer are caused by several sources, the effects of which cannot be distinguished one from the other and/or linked to a specific event. Furthermore, these phenomena have yet to create damage to Quebec residents in order to create the necessary standing for the introduction of legal proceedings. Also, the scientific uncertainty related to the source of potential damage and to the proof of said damage makes it impossible to legally attack the emitters of the pollutant contributing to this type of environmental phenomena under 1457 C.C.Q. or 976 C.C.Q. We have identified the 3 potential sources of a right to a clean environment which could entitle Quebec citizens to go before the courts in environmental matters, even in the absence of specific damages to their person or property. We have analysed the Canadian Charter of Rights and Freedoms, the Charter of Human Rights and Freedoms and the Environmental Quality Act and looked at the potential right to a clean environment possibly contained therein and the legal actions that could be taken to ensure their respect. Considering the weakness of what our legal system had to propose, we have developed solutions that could be put forward in order to allow the war against climate change and other environmental phenomena of the same nature to become legally actionable.

Ce mémoire porte sur l'étude d'un système de gestion d'énergie électrique dans un système multi-sources soumis à des perturbations exogènes. L'application visée est l'alimentation d'une propulsion hybride diesel/électrique équipée d'un système d'absorption des pulsations de couple. Les perturbations exogènes considérées peuvent être transitoires ou persistantes. Une perturbation transitoire correspond à une variation rapide du couple de charge, due par exemple à une accélération ou une décélération du véhicule. Une perturbation persistante provient du système de compensation des pulsations de couple générées par le moteur thermique. Le premier objectif du contrôle est de maintenir constante la tension du bus continu. Le deuxième objectif est d'absorber dans un système de stockage rapide constitué de super condensateur ces perturbations qui peuvent à terme provoquer une usure prématurée de la batterie. Le troisième objectif est de compenser l'auto-décharge dans le super condensateur en maintenant constante sa tension nominale. Les deux sources (batterie et super condensateur) sont reliées au bus continu par l'intermédiaire de deux convertisseurs boost DC/DC. La commande consiste à piloter les rapports cycliques de chaque convertisseur. C'est un système non linéaire où la commande est multiplicative de l'état. L'approche classique consistant à résoudre les équations Francis-Byrnes-Isidori ne s'applique pas directement dans ce cas où la sortie et la matrice d'interconnection dépendent de la commande. De plus, si cette approche est bien adaptée au rejet de perturbations persistantes, elle montre ces limites pour le rejet de perturbations non persistantes combiné à des objectifs de régulation. Notre approche a consisté à écrire le système sous un formalisme Port-Controlled Hamiltonian et à s'affranchir de la contrainte de la dépendance de la matrice d'interconnection avec la commande en utilisant la théorie des perturbations singulières. La commande du système dégénéré peut ensuite être calculée par une approche passive. Les performances de cette commande ont été testées en simulation et à l'aide d'un banc d'essai expérimental. Les résultats montrent l'efficacité du système d'absorption des différents types de perturbation tout en respectant les deux objectifs de régulation. / This thesis presents the research of energy management in a battery/ultracapacitor hybrid energy storage system with exogenous disturbance in hybrid electric vehicular application. Transient and harmonic persistent disturbances are the two kinds of disturbances considered in this thesis. The former is due to the transient load power demand during acceleration and deceleration, and the latter is introduced from the process of the internal combustion engine torque ripples compensation. Our control objective is to absorb the disturbances causing battery wear via the ultracapacitor, and meanwhile, to maintain a constant DC voltage and to compensate the self-discharge in the ultracapacitor to maintain it operating at the nominal state of charge. The object system is nonlinear due to the multiplicative relation between the input and the state. The traditional approach to solve Francis-Byrnes-Isidori equations cannot be directly applied in this case since the interconnect matrix depends on the control input. Besides, even if this approach is well suited to the rejection of persistent disturbances, it shows the limits for the case of non-persistent disturbances which is also our object. Our contributed control method is realized through a cascade control structure based on the singular perturbation theory. The ultracapacitor current with the fastest motion rate is controlled in the inner fast loop through which we impose the desired dynamic to the system. The reduced system controlled in the outer slow loop is a Hamiltonian system and the controller is designed via interconnection and damping assignment. Simulations and experiments have been carried out to evaluate the control performance. A contrast of the system responses with and without the control algorithm shows that, with the control algorithm, the ultracapacitor effectively absorbs the disturbances; and verifies the effectiveness of the control algorithm.

As aves marinhas são sensíveis às alterações em todos os níveis tróficos, decorrentes de variações na disponibilidade de presas e contaminação por alguns compostos, capazes de se acumular nos tecidos dos organismos e magnificar-se através da cadeia trófica. As ilhas oceânicas brasileiras abrigam importantes colônias reprodutivas de aves marinhas e, apesar de serem consideradas locais remotos, estão sujeitas à contaminação decorrente de atividades humanas. Este trabalho avaliou a presença de poluentes orgânicos persistentes (POPs) em sangue, uma matriz não-destrutiva, de seis espécies de aves marinhas no Arquipélago de São Pedro e São Paulo e na Ilha da Trindade, que possibilita o monitoramento destes indivíduos ao longo dos anos. Os resultados indicaram que os principais POPs detectados no sangue (em ng g-1 de massa úmida) foram PCBs (0,05 a 55,09), DDTs (0,01 a 17,36) e Mirex (0,01 a 5,53). A migração influenciou nos altos níveis de POPs encontrados em Pterodroma arminjoniana e a massa (g) média dos indivíduos apresentou uma forte correlação negativa com as concentrações dos compostos predominantes no sangue. O sexo das aves não contribuiu significativamente nas concentrações de POPs em espécies monotípicas, exceto para a espécie Sula leucogaster que apresenta dimorfismo sexual acentuado. O comportamento alimentar, avaliado através da análise de isótopos estáveis de carbono e de nitrogênio (δ13C e δ15N), bem como as condições biológicas de cada animal contribuíram para explicar as variações nos perfis de contaminação entre as diferentes espécies. No geral, observou-se que as concentrações de POPS nos dois locais apresentaram valores baixos e similares sugerindo a via atmosférica como principal mecanismo de entrada desses contaminantes para estas regiões. Os resultados inéditos de POPs em sangue das aves marinhas nas duas mais recentes unidades de conservação marinhas criadas no Brasil, podem contribuir como referência para o monitoramento desses compostos em longo-prazo nessas regiões. / Seabirds are sensitive to changes at all trophic levels, due to variations in prey availability and contamination by some compounds, which can be accumulated in the tissues of organisms and to be magnified through the trophic chain. The Brazilian oceanic islands harbor important seabird breeding colonies and, although they are considered remote sites, they are subject to contamination from human activities. This work evaluated the presence of Persistent Organic Pollutants (POPs) in blood, a non-destructive matrix, of six species of seabirds in the São Pedro and São Paulo Archipelago (SPSPA) and Trindade Island (TI), that allows the monitoring of these individuals over the years. The results indicated that the major POPs detected in blood (ng g-1 in wet weight) were PCBs (0.05 to 55.09), DDTs (0.01 to 17.36) and Mirex (0.01 to 5,53). Migration influenced the high levels of POPs found in Pterodroma arminjoniana and the mean mass (g) of the individuals drove a strong negative correlation with the concentrations of the predominant compounds in the blood. The gender of the individuals did not contribute significantly to the concentrations of POPs in monotypic species, except for the species Sula leucogaster that presents marked sexual dimorphism. The feeding behavior was evaluated through the analysis of stable isotopes of carbon and nitrogen (δ13C and δ15N) as well as the biological conditions of each animal contributed to explain the variations in the contamination profiles between the different species. In general, we observed that POPS concentrations at both sites presented low and similar values suggesting the atmospheric transport as the main input mechanism of these compounds for these regions. The unpublished results of POPs, in blood of seabirds from the two most recent marine conservation units created in Brazil, can contribute as reference values for their long-term monitoring in those regions.

Gestillte Kinder sind über die Muttermilch mit persistenten organischen Schadstoffen (POPs) belastet. Tierexperimentelle Studien deuten auf eine besondere Empfindlichkeit des sich entwickelnden Immunsystems für POPs hin. Mögliche Effekte dieser Verbindungen auf den kindlichen Organismus sind bisher kaum untersucht. Es wurden potenzielle Einflüsse verschiedener POPs (PCDDs, PCDFs, PCBs, beta-HCH, HCB und pp-DDE) auf natürliche Killerzellen (NK-Zellen) und NK-Aktivität bei gestillten im Vergleich zu nicht gestillten Kindern untersucht. NK-Zellen sind eine Lymphozytensubpopulation (CD3-CD56/16+), die über ihre zytotoxische Aktivität allogene, virusinfizierte und maligne Zellen ohne vorherige Sensibilisierung töten kann. Es wurden 66 gesunde Kinder im Alter von 11-12 Monaten untersucht, davon waren 50 Kinder mindestens 4 Monate lang voll gestillt und 16 Kinder nicht gestillt. Aus einer Region mit bekannter erhöhter PCDD/PCDF-Belastung stammten 13 gestillte Kinder. Die NK-Zellzahlen wurden mittels Immunphänotypisierung am Durchflusszytometer bestimmt. Die Aktivität der NK-Zellen wurde mit einem nicht-radioaktiven, durchflusszytometrischen Zytotoxizitäts-Assay gemessen. Die POP-Konzentrationen im Blutfett der Probanden wurden kommerziell bestimmt. Weder bei den NK-Zellzahlen, noch bei der NK-Aktivität konnten zwischen den gestillten und nicht-gestillten Kindern signifikante Unterschiede im t-Test nachgewiesen werden. In Korrelationsanalysen zeigten sich keine signifikanten Einflüsse der POP-Konzentrationen auf NK-Zellzahlen und NK-Aktivität. Im Laufe der Untersuchung zeigte sich, dass der eingesetzte Zytotoxizitäts-Assay nur semiquantitative Daten lieferte. Die vorliegenden Ergebnisse und weitere Befunde bezüglich des Immunsystems der Probanden weisen darauf hin, dass die relativ hohe Belastung lange gestillter Säuglinge mit POPs nicht zu einer biologischen Wirkung im kindlichen Organismus führt. Angesichts der nachgewiesenen positiven Effekte des Stillens, kann diesbezüglich die bestehende Stillempfehlung bekräftigt werden. / Breast-fed infants are exposed to persistent organic pollutants (POPs) via breast milk. Animal studies indicate a special sensitivity of the maturing immune system to POPs. Possible effects of these compounds on the infantile organism are so far barely examined. Potential influences of several POPs (PCDDs, PCDFs, PCBs, beta-HCH, HCB and pp-DDE) on natural killer (NK) cells and NK activity of breast-fed infants in comparison to formula-fed infants were investigated. NK cells are a subset of lymphocytes (CD3-CD56/16+) that can kill allogeneic, virus-infected and malignant cells via their cytotoxic activity without prior sensitization. The study group consisted of 66 healthy infants examined at age 11 to 12 months, of which 50 infants were breast-fed and 16 infants were formula-fed. 13 breast-fed infants came from a region with known increased PCDD/PCDF-burden. Numbers of NK cells were measured by flow cytometric immunophenotyping. NK activity was analysed by a non-radioactive flow cytometric cytotoxicity assay. POP concentrations in the blood fat of the probands were calculated commercially. There were no significant differences between breast-fed and formula-fed infants concerning number and activity of NK cells in the t-test. Analysis of correlation showed no significant influences of POP concentrations on the number and activity of NK cells. In the course of the study the data obtained by the employed cytotoxicity assay proved to be only semiquantitative. The presented findings and further results concerning the immune system of the study subjects suggest that the relatively high burden of long-term breast-fed infants with POPs does not lead to a biological effect in the infantile organism. Regarding the proven positive effects of breast-feeding the existing recommendation to breastfeed can be encouraged.