Activities and production among ethnographic Arctic peoples were primarily divided by gender. This gendered division of labor also extended to a spatial segregated pattern of the household in some Arctic cultures. Other cultures had a more gender-integrated spatial pattern of the household. There have been very few archaeological studies of gender in the Arctic, and even fewer studies of gendered use of space. In this thesis, I evaluated the existence of this gendered use of space in pre-contact Northwest Alaska. I also evaluated the existence of discrete activity spaces. I drew from both ethnoarchaeology and gender/feminist archaeology to both construct my hypotheses and interpret my results. I used ceramics, which were likely primarily made by and used by women, as a proxy for women's movement within the house. Ceramics are abundant and well-preserved in many Northwestern Alaskan sites, and are well suited for a robust spatial analysis. In addition to ceramics, I also evaluated the spatial density of other female artifacts, like ulus or scrapers, and male artifacts, like harpoon points or adzes, in order to further test the existence of gender specific use of space. I tested this using the HDBSCAN (Hierarchical Density Based Spatial Clustering of Applications with Noise) algorithm in Python, a programming language. HDBSCAN identifies discrete clusters of artifacts, as well as the persistence, or stability, of the cluster. Birnirk and Thule era (1300-150 BP) house features from Cape Espenberg, Alaska, were used to test these expectations. Based on the results of my spatial analysis, I did not find any evidence of gender specific use of space, nor did I find specific activity areas within the house. My findings are not necessarily an indication that gender-segregated use of space does not exist among pre-contact Northwest Alaskan people: I just did not find evidence supporting it. This could be, in part, due to issues of sample size, house size, and the role of secondary and post deposition processes in shaping the ceramic assemblage and distribution. While ceramics did cluster, they mostly clustered in the entrance tunnel of the house. This is likely the result of cleaning, storage, or other depositional processes. When ceramics did cluster in the main rooms, clustering was idiosyncratic. Male and female artifacts were not spatially segregated. Female artifacts were slightly more likely to cluster than male artifacts. Both sets of artifacts were generally in the same area as the ceramic clusters. While this study did not find evidence of gendered use of space, it still is an important contribution of addressing questions of gender in the Arctic. In addition, it is a valuable methodological contribution, using a clustering algorithm that previously has not been frequently used by archaeologists.

In northwest Alaska, archaeologists hypothesize that environmental variability was a major factor in both growing coastal population density, with large aggregated villages and large houses, between 1000 and 500 years ago (ya), and subsequent decreasing population density between 500 ya and the contact era. After 500 ya people are thought to have dispersed to smaller settlements with smaller house sizes in coastal areas, and perhaps, upriver. This settlement pattern was identified through research at four site locations over 30 years ago. The changing geographic distribution of sites, associated settlement size, and house size has not been examined in detail. A more careful examination of changing northwest Alaskan settlement patterns is needed before larger questions about socio-economic organization can be addressed. I use Geographic Information Systems (GIS) to evaluate the evidence for a geographic redistribution of Arctic peoples during the Late Holocene. The author constructed a database of settlement location and site attribute information, specifically the number of houses within each settlement and the size (m2). Data were collected from a dataset of Western Arctic National Parklands (WEAR), the Alaska Heritage Resource Survey (AHRS) database of archaeological sites in Alaska, 409 unpublished site reports and field notes curated by the National Park Service (NPS) and Bureau of Indian Affairs (BIA), and the results of recent fieldwork in northwest Alaska. A total of 486 settlements were identified within the northwest Alaska with 128 settlements having temporal and site attribute data. The author incorporated settlement size data into a GIS database and then carried out global, Moran's I, local Moran's I, and local Getis-Ord spatial analyses to test whether settlement redistribution occurred and if key settlement locations shifted after 500 ya. The site attribute data (number of houses and average size of houses) are used to test the additional aspects of the proposed settlement pattern change after 500 ya. A total of 83 settlements with 465 houses are used to test if the average size of settlements and average house size changed after 500 ya. The results of the spatial analyses indicate no statistically significant patterns in the spatial distribution of settlements. Site attribute analysis shows no statistical difference in the average number of houses per village or the average size of houses before or after 500 ya. The results of this work build our understanding of regional settlement patterns during the late Holocene. By testing settlement pattern change, i.e. settlement distribution, settlement size, and house size, future research into settlement pattern change can begin to evaluate likely causes for the observed changes. My method, specifically the use of GIS as a method for testing settlement pattern change, can be applied to other regions and temporal scales.

Filamentous fungal colonies show a remarkable diversity of different mycelial branching patterns. To date, the characterization of this biostructural complexity has been based on subjective descriptions. Here, computerized image analysis in conjunction with video microscopy has been used to quantify several aspects of fungal growth and differentiation. This was accomplished by applying the new branch of mathematics called Fractal Geometry to this biological system, to provide an objective description of morphological and biochemical complexity. The fractal dimension is useful for describing irregularity and shape complexity in systems that appear to display scaling correlations (between structural units) over several orders of length or size. The branching dynamics of Pycnoporus cinnabarinus have been evaluated using fractals in order to determine whether there was a correlation between branching complexity and the amount of extracellular phenol-oxidase that accumulated during growth. A non-linear branching response was observed when colonies were grown in the presence of the aminoanthraquinone dye, Remazol Brilliant Blue R. Branching complexity could be used to predict the generalized yield of phenol-oxidase that accumulated in submerged culture, or identify paramorphogens that could be used to improve yield. A method to optimize growth of discrete fungal colonies for microscopy and image analysis on microporous membranes revealed secretion sites of the phenoloxidase, laccase as well as the intracellular enzyme, acid phosphatase. This method was further improved using microwave-accelerated heating to detect tip and sheath bound enzyme. The spatial deposition of secreted laccase and acid phosphatase displayed antipersistent scaling in deposition and/or secretion pattern. To overcome inherent statistical limitations of existing methods, a new signal processing tool, called wavelets were applied to analyze both one and two-dimensional data to measure fractal scaling. Two-dimensional wavelet packet analysis (2-d WPA) measured the (i) mass fractal dimension of binary images, or the (ii) self-affine dimension of grey-scale images. Both 1- and 2-d WPA showed comparative accuracy with existing methods yet offered improvements in computational efficiency that were inherent with this multiresolution technique. The fractal dimension was shown to be a sensitive indicator of shape complexity. The discovery of power law scaling was a hallmark of fractal geometry and in many cases returned values that were indicative of a self-organized critical state. This meant that the dynamics of fungal colony branching equilibrium. Hence there was potential for biostructural changes of all sizes, which would allow the system to efficiently adapt to environmental change at both the macro and micro levels.

Thesis (Ph.D.)--McMaster University, 2006. / Supervisor: Susan J. Elliott. Includes bibliographical references (leaves 166-171).

La formulation d'émulsions de mélanges binaires d'alcanes permet d'obtenir un système ayant une phénoménologie proche des émulsions laitières de triglycérides. Il est ainsi possible, à partir de ces émulsions, de former un gel et de reproduire le phénomène de barattage, c'est-à-dire de fabriquer, sous contrainte mécanique, ce que l'on pourrait appeler un « beurre d'alcanes ». La phase dispersée comporte deux alcanes, dont l'un des deux est cristallisé à la température d'étude. Le réseau cristallin à l'intérieur des gouttes crée des protubérances à leur surface, qui induisent la gélification du système par deux mécanismes distincts : le jamming, qui est un blocage du système, dû à la rugosité de surface, et sans rupture des films interfaciaux, et la coalescence partielle, qui correspond à la fusion partielle des gouttes sans relaxation de forme, grâce à la rigidité mécanique qu'apporte le réseau cristallin. Il est possible de modifier l'élasticité de ces gels en faisant varier le taux de solide, la taille des gouttes, ou encore la vitesse de refroidissement. En effet, ces trois paramètres influencent la taille et la morphologie des cristaux, qui peuvent ainsi passer d'une forme plaquettaire à une forme en aiguille. L'application de fortes déformations, en cisaillement ou en compression, entraîne la fragmentation des gels dans certains cas, mais aussi la formation de nouvelles connexions entre gouttes dans d'autres cas. La formation de nouveaux liens peut alors entraîner l'apparition de grains macroscopiques, appelés « grains de barattage », ou bien provoquer la séparation entre l'huile et la phase continue aqueuse, s'il n'y a pas assez de cristaux dans les gouttes d'huile.

The goal of this PhD was to design responsive biomimetic objects from Giant Unilamellar Vesicles and PolyNipam solutions or gels. We highlighted the coupling between the lipid membrane and the internal polyNipam medium, which confers those composite vesicles thermoresponsive properties, and the behaviour of such objects during thermal transition has been investigated by quantitative fluorescence studies. We have also measured the influence of the coupling between polyNipam chains and lipid membrane on the bending modulus of the membranes. Then the mechanical properties of the composite vesicles have been measured using micropipette aspiration technique, showing the relevance of those objects as cellular mechanical models. Further studies concerning adhesion properties, membrane tether extrusion and lipid extraction from composite vesicles have been adressed.

Ce travail présente une étude expérimentale de la transition solide/liquide dans les fluides à seuil non thixotrope qui est complétée par une analyse théorique simple ainsi que par des simulations numériques. Nous remettons en cause dans ce travail l'existence d'un état stationnaire qui mènerait à une limite newtonienne en dessous de la contrainte seuil. Nous introduisons alors un modèle physique simple pour décrire le comportement de ces fluides à seuil. Ce modèle est testé grâce à des simulations numériques qui reproduisent quantitativement les expériences. Nous avons également étudié comment l'existence supposée d'un minimum à gammadot_c dans la courbe d'écoulement modifie la transition solide/liquide, ce qui nous à amener à effectuer des tests sur un fluide fortement thixotrope spécialement préparé. Ces tests démontrent ainsi qu'un tel matériau possède effectivement un tel minimum. Nous montrons ensuite que pour de tels matériaux des bandes de cisaillement apparaissent même dans des champs de contraintes homogènes si le taux de cisaillement est inférieur à gammadot_c et que le rapport entre la largeur de la bande cisaillée et la largeur total de l'entrefer suit la loi des règles. En plus de ce travail nous avons examiné la contrainte dans les matériaux granulaires humides et introduit un modèle détaillé vérifié expérimentalement qui décrit comment le module élastique de ces matériaux dépend de la taille des grains, de la tension de surface du fluide, du matériau granulaire et de la fraction volumique en liquide.

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés géométriques, mécaniques et statistiques de la formation de plis dans des structures élastiques contraintes. En particulier, nous nous sommes concentrés sur le cas d'une tige élastique, objet unidimensionnel, confinée dans un espace à deux dimensions. Dans ce cas, il y a une forte interaction entre la contrainte géométrique d'auto-évitement et les propriétés mécaniques de la tige. Après avoir étudié numériquement la formation et les instabilités relatives à l'apparition des tous premiers plis, nous nous sommes penchés sur un régime où le taux de confinement de la tige est plus intense. Grâce à un échantillonage du paysage énergétique des structures plissées générées, nous avons mis en évidence l'existence d'une mesure statistique analogue à la loi de Boltzmann. Inspirés par la théorie d'Edwards des milieux granulaires, cette observation nous a permis de développer une théorie statistique grâce à laquelle nous obtenons le diagramme de phase complet de la tige confinée.

Les fluides et systèmes complexes constituent une classe de "matériaux" au sens large dont l'originalité des propriétés statiques et dynamiques résulte à la fois de la structure chimique des particules élémentaires qui les constituent et de leur organisation dans l'espace en particulier aux échelles mésoscopiques. Ces systèmes sont souvent le lieu de phénomènes d'agrégation, de gélification et/ou de séparation de phase dus aux interactions entre les entités constituantes. Les structures complexes ainsi formées peuvent s'étendre sur des échelles allant du nanomètre au macroscopique et sont parfois transitoires ou réversibles ce qui génère l'apparition de propriétés rhéologiques remarquables.<br />Si les systèmes présentent une grande diversité au niveau des interactions responsables des structures et au niveau de leur énergie (polymères associatifs, systèmes hétérogènes nanophasés, mélanges de colloïdes et de polymères, gels chimiques et physiques, biopolymères), au-delà des spécificités propres à chaque système nous sommes particulièrement intéressés par la recherche de lois de comportements "universelles" résultant de l'organisation spatiale des structures.<br />L'objectif de cette thèse est de comprendre la formation de ces structures et leur façon de remplir l'espace par modélisation des processus à l'aide de la simulation numérique. Le modèle numérique est base sur un système de sphères dures hors réseau qui modélise par exemple un ensemble de micelles sphériques en interaction (attraction, répulsion).<br />La première étape consiste à distribuer les sphères dures dans une boite cubique puis à les animer d'un mouvement brownien afin d'aboutir à un système parfaitement bien équilibré. L'introduction de paramètres décrivant la portée et l'intensité des forces attractives entre les sphères permet une étude "statique" de la transition sol-gel.<br />Les phénomènes d'agrégation irréversible limitée par la diffusion (DLCA) conduisent à des structures fractales qui sont modélisées par l'intermédiaire d'une probabilité de collage entre amas égale à 1 (deux amas qui se rencontrent se collent toujours de façon irréversible). Les résultats obtenus, temps de gel, dimension fractale sont analysés et comparés avec d'autres modèles, notamment sur réseau. La modélisation hors réseau permet une étude à toutes les échelles spatiales (y compris locales).<br />Une autre partie de ce travail a porté sur l'étude des phénomènes d'agrégation réversible. La ligne de percolation de notre modèle est comparée à celle obtenue dans l'approximation de Percus-Yevick avec les relations de fermeture de Ornstein-Zernike. La séparation de phase est clairement observée dans une certaine gamme d'interaction (distance et force) et comparée par l'intermédiaire du paramètre d'adhésivité (tau^-1) aux résultats expérimentaux et théoriques.

Le démouillage des films minces de polymère supportés par un substrat est un phénomène quotidien avec l'impact crucial sur divers procédés technologiques. Notre compréhension de l'origine de certaines propriétés inattendues des films minces nanométriques de polymère n'est toujours pas satisfaisante, malgré les énormes efforts expérimentaux et théoriques effectués la décennie passée. Plusieurs approches ont été utilisées pour étudier et quantifier la relaxation mécanique, et les propriétés calorimétriques. Une meilleure compréhension de la transition vitreuse et d'autres propriétés des surfaces et des interfaces de polymère pourrait également venir des études dynamiques telles que le démouillage. <br />Nous avons effectué principalement des expériences de démouillage simples, attractives, rapides et efficaces par microscopie optique en temps réel, permettant de relier les propriétés moléculaires et interfaciales avec des paramètres macroscopiquement observables tels que la vitesse du démouillage et la forme du bourrelet. Ensuite, ces études sont complétées par des imageries en Microscopie à Force Atomique (AFM), qui donnent des informations sur la forme du bourrelet. Celle-ci est reliée à la relaxation des chaînes macromoléculaires et le comportement dynamique du polymère. Nous nous sommes concentrés sur la compréhension de la notion des contraintes résiduelles, de l'effet de la masse molaire, de la température du démouillage, de l'élasticité du film ainsi que l'influence de l'épaisseur et ses relations avec les contraintes résiduelles. L'influence du substrat a aussi sa place dans nos études. Le cas d'un substrat déformable est traité en détail.