La segmentation sémantique des vastes nuages de points en cartographie mobile est cruciale pour l'urbanisme, la conception d'infrastructures et la navigation autonome. Cependant, leur nature irrégulière et massive présente des défis majeurs pour une segmentation précise. Cette thèse aborde ces défis en proposant de nouvelles méthodologies concernant la préparation des données, l'apprentissage contrastif auto-supervisé et les approches de pseudo-étiquetage. Les objectifs de recherche de cette thèse sont doubles : (1) concevoir une approche de préparation des données qui puisse alimenter de manière optimale des réseaux neuronaux avec des sous-ensembles de points, tout en préservant les informations spatiales et représentatives des caractéristiques du nuage de points, et (2) concevoir et mettre en œuvre des méthodes d'apprentissage efficaces en termes d'étiquetage qui exploitent les ensembles massifs de données non étiquetées afin de réaliser la segmentation sémantique précise des nuages de points dans le contexte de la cartographie mobile à grande échelle. L'atteinte du premier objectif est adressé dans le chapitre 2 qui présente de nouvelles méthodes de préparation des données adaptées aux nuages de points LiDAR 3D à grande échelle en extérieur. Après avoir mené des expérimentations et évaluations approfondies, incluant des comparaisons avec les méthodes de l'état de l'art, les méthodes proposées démontrent de meilleures performances en termes de précision et robustesse du réseau. Le chapitre 3 se concentre sur la réalisation du deuxième objectif en introduisant CLOUDSPAM, une approche d'apprentissage contrastif spécifiquement adaptée aux ensembles de données de cartographie mobile. En exploitant des techniques d'augmentation des données, un pré-entraînement auto-supervisé et des ensembles fusionnés de données hétérogènes, CLOUDSPAM surmonte les défis liés au manque de paires positives et négatives et aux contraintes de gestion de la mémoire. Les expérimentations réalisées mettent en évidence l'efficacité de CLOUDSPAM pour la segmentation sémantique de divers jeux de données, même lorsque les données étiquetées sont limitées. Bien que CLOUDSPAM soit efficace et comparable à l'état de l'art, il présente certaines limites liées à l'apprentissage contrastif auto-supervisé. Le chapitre 4 présente une solution complète pour aborder ces limitations. Celle-ci exploite des pseudo-étiquettes générées par un réseau pré-entraîné, ainsi que des banques de mémoire par classe et un module de purification de segments. Dans son ensemble, cette thèse apporte une contribution significative à l'avancement de SOTA en matière de segmentation sémantique des nuages de points en cartographie mobile à grande échelle. / Semantic segmentation of large-scale mobile mapping point clouds is essential for various applications in urban planning, infrastructure design, and autonomous navigation. However, the irregular and unstructured nature of point clouds along with the massiveness of mobile mapping point clouds poses significant challenges for accurate segmentation. This thesis addresses these challenges by proposing novel methodologies in data preparation, self-supervised contrastive learning, and pseudo-labeling approaches. The research objectives of this thesis are twofold: (1) to develop a comprehensive approach for data preparation that optimally feeds subsets of point clouds into deep neural networks, preserving spatial information and representative of the point cloud's characteristics, and (2) to design and implement label-efficient learning methods that leverage massive unlabeled data to achieve accurate semantic segmentation of large-scale mobile mapping point clouds. In pursuit of the first objective, Chapter 2 presents novel data preparation methods tailored for large-scale outdoor 3D LiDAR point clouds. Through comprehensive experimentation and evaluation, including comparisons with existing approaches, the proposed methods demonstrate improved performance in deep neural network-based semantic segmentation tasks. Chapter 3 focuses on achieving the second objective by introducing CLOUDSPAM, a contrastive learning approach specifically adapted for mobile mapping datasets. Leveraging data augmentation techniques, self-supervised pretraining, and merged heterogeneous datasets, CLOUDSPAM addresses challenges related to limited positive and negative pairs and memory constraints. Rigorous experimentation showcases the effectiveness of CLOUDSPAM in enhancing semantic segmentation performance across various datasets, even in scenarios with limited labeled data. While CLOUDSPAM is effective and is comparable with the state-of-the-art, it still has some limitations due to uncertainties related to self-supervised contrastive learning. Chapter 4 presents a comprehensive solution to address these limitations. A teacher-student pseudo-labeling approach for semantic segmentation is proposed. This approach leverages pseudo-labels generated by a pre-trained teacher network, along with class-wise memory banks and a segment purification module, to improve segmentation accuracy and robustness. Overall, this thesis makes significant contributions to advancing the state-of-the-art in semantic segmentation of large-scale mobile mapping point clouds.

Le développement rapide de l’informatique mobile a donné lieu à l’apparition et à la popularisation de téléphones mobiles dits intelligents ou smart phones (ex.: iPhone, HTC, etc.) dont le nombre et les performances sans cesse croissantes en font de potentielles plateformes alternatives aux ordinateurs de bureau. Cette avancée technologique a contribué à l’émergence d’une nouvelle catégorie d’acteurs du monde des affaires n’ayant pas de bureau fixe, travaillant directement sur le terrain dans divers endroits (à la maison, en voiture, en avion, chez le client, à l’hôtel, chez le fournisseur, etc.) à l’aide d’équipements mobiles ou nomades, et se déplaçant partout où les affaires l’exigent pour assurer la compétitivité de leurs organisations: ce sont les travailleurs mobiles parmi lesquels on retrouve un grand nombre de décideurs. Étant donné ce monde des affaires de plus en plus compétitif où les gens d’affaires sont de plus en plus mobiles et confrontés à la nécessité de prendre des décisions de plus en plus rapides et efficaces basées sur des analyses pertinentes, l’aide à la prise de décision en mobilité s’avère indispensable. Pour leur apporter une telle aide, la présente thèse de doctorat propose d'aller au-delà du simple accès à distance à une plateforme d’intelligence d’affaire géo-spatiale ou non géo-spatiale (GeoBI/BI) comme le proposent les solutions actuelles. Elle propose de prendre également en considération la localisation et le contexte de travail du décideur/analyste mobile dans l’aide à la décision, et d’enrichir sémantiquement les données d’affaire. Afin de proposer une telle solution de GeoBI mobile sémantiquement augmentée et sensible au contexte mobile du décideur, la présente thèse s’est attelée d’une part à identifier, modéliser et enrichir les informations contextuelles pertinentes pour supporter un raisonnement GeoBI basé sur le contexte, et s’est évertuée d’autre part à proposer une solution d’augmentation sémantique des données d’affaire GeoBI qui permettrait de mettre en exergue les [cor]relations sémantiques pouvant exister entre les données. Un prototype mettant en œuvre une application mobile sensible au contexte et une architecture orientée services web a été développé et testé comme preuve de concept. Les tests ont montré que celui-ci permettait par exemple de soumettre et de visualiser le resultat de requêtes contextuelles du type : « dans un rayon de 5 km autour de ma position actuelle, quelles sont les compagnies partenaires ayant des relations de concurrence avec nos actionnaires et dont le chiffre d’affaire des deux années précédentes dépasse chacune le million ; les relations de partenariat/actionnariat pouvant être transitives, symétriques ou avoir la même sémantique ? » / The rapid development of mobile computing has enabled the emergence and popularization of mobile devices whose increasing number and computing capabilities position them as potential alternative platforms to desktop computers. This technological progress has contributed to the emergence of a new category of business actors having no permanent workplaces, spending very short time in their offices, working directly on the field in various locations (home, car, plane, with the client at the hotel at the supplier, etc.) by using mobile and nomadic devices, and moving to places where business requires them: these are mobile workers including a large number of decision makers. Given this increasingly competitive business world where decision makers are increasingly mobile and are facing the need to take faster and suitable decisions based on relevant analysis, these mobile business people deserve to be supported with appropriate mobile decision support systems (DSS). To give an improved support to these mobile business professionals, this PhD thesis proposes to go further than just allowing a simple remote access to a Geospatial or non-geospatial Business Intelligence (GeoBI/BI) platform as do current solutions. It also proposes to take into account the location and the context of mobile professionals, and to enrich semantically BI data. To propose such a semantically augmented and context-based mobile GeoBI solution, the present thesis has endeavored on the one hand, to identify, model and enrich contextual information that is relevant to support GeoBI context-based reasoning. On the other hand, it has strived to provide a solution that semantically enriches business data in order to help decision makers discover semantic [cor]relations which might exist between the data. A prototype implementing a context-aware mobile application and a services-oriented architecture has been developed and tested as a proof of concept. These tests has shown among other things, that the prototype was able to answer and visualize the result of contextual queries such as: “Within 5 km around my current position, what are partnering companies that are competing with our owners; with the possibility of partnership/ownership relationships to be transitive, symmetric, or have the same semantics?”

L' objectif de cette étude était d'évaluer les effets cumulés des activités forestières sur la sélection d'habitat du loup gris (Canis lupus). Nous avons utilisé des fonctions de sélection des ressources afin d'évaluer si l'utilisation des structures anthropiques variait en fonction de leurs abondances dans le paysage. Durant la période d'utilisation de la tanière, la probabilité d'occurrence du loup sur les routes augmentait avec la densité de routes tandis que l'utilisation des coupes diminuait avec leur abondance locale. Pendant la période d'utilisation des sites de 'rendez-vous, l'utilisation des routes et des coupes en régénération ( 5-15 ans) était plus faible dans les zones où ces structures étaient abondantes. Finalement, lorsque les loups étaient nomades, l'utilisation des coupes récentes (<5 ans) diminuait avec un accroissement de leur abondance dans le paysage. Les effets cumulés des activités forestières peuvent donc avoir des conséquences considérables sur l'organisation spatiale du loup et donc sur la dynamique prédateur-proie en forêt aménagée.

Le délai troposphérique subi par les signaux GPS entre les satellites et le récepteur affecte la précision du positionnement mais contient aussi de l'information utile sur l'état de la troposphère. Le délai troposphérique consiste en une composante hydrostatique et une composante humide qu'il est possible de séparer. Avec un réseau permanent de récepteurs GPS, où la position des sites est connue avec précision, et en utilisant l'information sur les délais en pente humides (SWD, de l'anglais Slant Wet Delays) estimés entre chaque station et tous les satellites visibles, il est possible de dresser un modèle en trois dimensions de la réfractivité humide au-dessus du réseau. La présente recherche porte sur l'utilisation de fonctions en séries de Taylor en trois dimensions afin de modéliser la réfractivité humide. Un réseau permanent de 43 stations en Suisse a été utilisé afin d'estimer en post-traitement les SWD et de les utiliser comme données d'entrée au modèle de la réfractivité humide proposé. Cette modélisation permet de calculer les délais troposphériques zénithaux humides en tout point à l'intérieur du réseau pour que d'autres récepteurs GPS qui ne font pas partie du réseau puissent corriger l'effet troposphérique. Une comparaison des résultats a été effectuée par rapport à l'utilisation traditionnelle d'une atmosphère standard et un facteur d'amélioration moyen de 30\% a été atteint. D'autre part, des données météorologiques recueillies dans des stations indépendantes du réseau GPS ont été utilisées afin de valider les valeurs de réfractivité humides calculées par le modèle. La concordance entre ces valeurs et celles de validation est à 2 unités près en moyenne. / Le délai troposphérique subi par les signaux GPS entre les satellites et le récepteur affecte la précision du positionnement mais contient aussi de l'information utile sur l'état de la troposphère. Le délai troposphérique consiste en une composante hydrostatique et une composante humide qu'il est possible de séparer. Avec un réseau permanent de récepteurs GPS, où la position des sites est connue avec précision, et en utilisant l'information sur les délais en pente humides (SWD, de l'anglais Slant Wet Delays) estimés entre chaque station et tous les satellites visibles, il est possible de dresser un modèle en trois dimensions de la réfractivité humide au-dessus du réseau. La présente recherche porte sur l'utilisation de fonctions en séries de Taylor en trois dimensions afin de modéliser la réfractivité humide. Un réseau permanent de 43 stations en Suisse a été utilisé afin d'estimer en post-traitement les SWD et de les utiliser comme données d'entrée au modèle de la réfractivité humide proposé. Cette modélisation permet de calculer les délais troposphériques zénithaux humides en tout point à l'intérieur du réseau pour que d'autres récepteurs GPS qui ne font pas partie du réseau puissent corriger l'effet troposphérique. Une comparaison des résultats a été effectuée par rapport à l'utilisation traditionnelle d'une atmosphère standard et un facteur d'amélioration moyen de 30\% a été atteint. D'autre part, des données météorologiques recueillies dans des stations indépendantes du réseau GPS ont été utilisées afin de valider les valeurs de réfractivité humides calculées par le modèle. La concordance entre ces valeurs et celles de validation est à 2 unités près en moyenne.

En raison de l’agglomération complexe des infrastructures souterraines dans les grandes zones urbaines et des préoccupations accrues des municipalités ou des gouvernements qui déploient des systèmes d’information foncière ou des industries qui souhaitent construire ou creuser, il devient de plus en plus impératif de localiser et de cartographier avec précision les pipelines, les câbles d’énergie hydroélectrique, les réseaux de communication ou les conduites d’eau potable et d’égout. Le géoradar (Ground Penetrating Radar ou GPR) est un outil en géophysique qui permet de produire des images en coupe du sous-sol desquelles de l’information utile sur les infrastructures souterraines peut être tirée. Des expériences antérieures et une analyse documentaire approfondie ont révélé que les logiciels disponibles pour réaliser des levés GPR qui sont utilisés directement sur le terrain et hors site ne reposent pas ou très peu sur des fonctionnalités géospatiales. En outre, l’intégration de données telles que la visualisation de données GPR dans des espaces géoréférencés avec des orthophotos, des cartes, des points d’intérêt, des plans CAO, etc., est impossible. Lorsque disponible, l’ajout d’annotations ou l’interrogation d’objets géospatiaux susceptibles d’améliorer ou d’accélérer les investigations ne proposent pas des interfaces conviviales. Dans ce projet de recherche, une nouvelle approche est proposée pour déployer le GPR et elle est basée sur quatre fonctionnalités issues du Web et des systèmes d’information géographique (WebGIS) jugées essentielles pour faciliter la réalisation de levés GPR sur le terrain. Pour démontrer la faisabilité de cette nouvelle approche, une extension de la plate-forme logicielle existante GVX (conçue et vendue par Geovoxel) appelée GVX-GPR a été développée. GVX-GPR propose aux utilisateurs d’instruments GPR quatre fonctionnalités soit 1) intégration de cartes, 2) géo-annotations et points d’intérêt, 3) géoréférencement et visualisation de radargrammes et 4) visualisation de sections GPR géoréférencées. Afin de tester l’approche WebGIS et GPXGPR, deux sites d’étude ont été relevés par deux professionnels différents, un expert et un non-expert en géophysique, ont été sélectionnés. Une première expérimentation réalisée sur le campus de l’Université Laval à Québec prévoyait l’identification de trois objets enterrés soit un câble électrique, une fibre optique et un tunnel dont leur position XYZ était connue. Le deuxième essai s’est passé à l’Universidade Federal do Rio de Janeiro (Rio de Janeiro, Brésil), avec un professionnel expert en géophysique. Ce 2e site cherchait à reproduire un environnent plus réaliste avec une quantité inconnue d’objets enterrés. Les quatre fonctionnalités proposées par GVX-GPR ont donc été testées et leur intérêt discuté par les deux utilisateurs GPR. Les deux utilisateurs GPR se sont dits très intéressés par l’outil GVX-GPR et ses nouvelles fonctionnalités et ils aimeraient pouvoir l’intégrer à leur travail quotidien car ils y voient des avantages. En particulier, l’approche et GVX-GPR les a aidés à découvrir de nouvelles cibles, à délimiter le territoire à couvrir, à interpréter les données GPR brutes en permettant l’interaction entre les données géospatiales (en ligne) et les profils de données GPR, et finalement pour la cartographie à produire tout en respectant la norme CityGML (donc utile au partage éventuel des données). De même, une fois le système maitrisé, GVX-GPR a permis d’optimiser la durée du levé. Ce projet de maitrise a donc permis d’élaborer une nouvelle approche pour effectuer des levés GPR et proposer un outil logiciel pour tester la faisabilité de celle-ci. Une première étape de validation de la faisabilité et de l’utilité a été réalisée grâce aux deux tests effectués. Évidemment, ces deux tests sont des premiers pas dans une phase plus large de validation qui pourrait s’effectuer, et ils ont ouvert la porte à des ajustements ou l’ajout d’autres fonctionnalités, comme la manipulation des outils de visualisation 3D et l’ajout de filtres et traitement de signal. Nous estimons néanmoins ces premiers tests concluant pour ce projet de maîtrise, et surtout ils démontrent que les instruments GPR gagneraient à davantage intégrer les données et fonctionnalités géospatiales. Nous pensons également que nos travaux vont permettre à des communautés de non spécialistes en géophysique de s’intéresser aux instruments de type GPR pour les levés d’objets enfouis. Notre approche pourra les aider à préparer les données géospatiales utiles à la planification, à effectuer le levé terrain et à produire les cartes associées / Due to the complex agglomeration of underground infrastructures in large urban areas and accordingly increased concerns by municipalities or government who deploy land information systems or industries who want to construct or excavate, it is imperative to accurately locate and suitability map existing underground utility networks (UUN) such as pipelines, hydroelectric power cables, communication networks, or drinking water and sewage conduits. One emerging category of instrument in geophysics for collecting and extracting data from the underground is the ground penetrating radar (GPR). Previous experiments and a thorough literature review revealed that GPR software used in and off the field do not take advantage of geospatial features and data integration such as visualization of GPR data in a georeferenced space with orthophotographies, map, point of interest, CAD plans, etc. Also missing is the capability to add annotation or querying geospatial objects that may improve or expedite the investigations. These functions are long-lived in the geospatial domain, such as in geographic information system (GIS). In this research project, a new approach is proposed to deploy GPR based on four core WebGIS-enabled features, used to support field investigations with GPR. This WebGIS is based on an existing platform called GVX, designed and sold by Geovoxel as a risk management tool for civil engineering projects. In this proposed approach, a generic guideline based on GVX-GPR was developed which users can follow when deploying GPR. This approach is based on four core features which are missing on most GPR software, (1) map integration, (2) geo-annotations and points of interest, (3) radargram georeferencing and visualization, and (4) georeferenced slice visualization. In order to test the designed WebGIS-based approach, two different professionals, an expert in geophysics and a person without any background in geophysics, used the proposed approach in their day-to-day professional practice. The first experiment was conducted at Université Laval (Québec – Canada) when the subject undertook an area to a survey in order to identify 3 possible targets premapped. The second, with a Geophysics-specialist, took place in Rio de Janeiro, at Universidade Federal do Rio de Janeiro’s campus. This study covered an area counting on an unknown number of buried objects, aiming at reproducing a realistic survey scenario. Four new feature were added and discussed with GPR practitioners. Both GPR user declared to be very interested by the proposed by the tool GVX-GPR and its features, being willing to apply this software on their daily basis due to the added advantages. Particularly, this approach has aided these professionals to find new buried objects, delimit the survey area, interpret raw GPR data by allowing geospatial data interaction and GPR profiles, and, finally, to produce new maps compliant with standards such as CityGML. Also, once mastered, the technology allowed the optimization of survey time. This project enabled the development of a new approach to leverage GPR surveys and proposed a new tool in order to test the approach’s feasibility. A first step into the validation of this proposal has been taken towards a feasibility and utility evaluation with two tests accomplished. Unmistakably, these are the first steps of a likely larger validation process, opening up new possibilities for the continuity of the project such as the addition of signal processing techniques and 3D data handling. We nevertheless consider these conclusive for this master’s project, above all demonstrating the value add by geospatial data integration and functions to GPR instruments. This work is also intended to the community of newcomers, or interested in GPR, to further explore this technology, since this approach shall facilitate the preparation, execution, and post-processing phases of a GPR survey.

Comprendre comment les communautés changent dans le temps et les facteurs influençant la répartition des espèces est un aspect central de l’écologie. Bien que les changements dans les communautés animales à la suite de perturbations aient été largement décrits, peu d'études ont examiné les processus qui structurent ces communautés, en particulier durant la succession écologique résultant des activités anthropiques. L’objectif de ma thèse était donc de mieux comprendre les processus biologiques influançant l’organisation des communautés de petits mammifères et de coléoptères, de même que la répartition d’une espèce clé de l’écosystème, le campagnol à dos roux (Myodes gapperi), durant la succession forestière en forêt boréale aménagée. Dans un premier temps, nous avons donc examiné comment la succession peut influencer les processus de structuration des assemblages d’espèces. Puis, dans un second temps, nous nous sommes intéressés plus spécifiquement à une espèce clé typiquement associée aux vieilles forêts pour investiguer les mécanismes qui influencent leur organisation spatiale et donc leur répartition dans les peuplements. Enfin, nous avons étudié leur utilisation de l’habitat à plus fine échelle (micro-habitat) en caractérisant leurs déplacements afin de mieux comprendre les liens qui existent entre les animaux et les attributs fins de l’habitat durant la succession. L’étude a montré que les assemblages d’espèces étaient similaires dans les peuplements 50-60 ans après coupe et dans les forêts matures. De façon générale, la structuration des communautés lors de la succession forestière semble résulter à la fois de processus stochastiques et déterministes, ces derniers étant plus étroitement liés aux interactions interspécifiques qu’aux caractéristiques de la végétation. Par la suite, nous avons utilisé les théories de sélection d’habitat et d’approvisionnement pour identifier les processus qui peuvent expliquer l'augmentation d’abondance relative des campagnols à dos roux lors de la succession forestière. Les résultats indiquent que la compétition apparente avec la souris sylvestre (Peromyscus maniculatus) limiterait la répartition des campagnols, et que des changements dans la force relative de ce processus durant la succession forestière expliqueraient les changements de répartition observés. La gestion durable des forêts doit maintenir certains attributs de l'habitat nécessaires au rétablissement des espèces de peuplements matures, mais ces attributs peuvent être difficiles à identifier car leur utilisation peut varier fortement pendant la succession. Nous avons donc identifié certains attributs importants pour le campagnol, puis tenté d’expliquer certaines variations dans leur utilisation durant la succession forestière en évaluant les déplacements à fine échelle du petit mammifère. Nos analyses démontrent, par exemple, que les campagnols sélectionnent fortement le bois mort comme route de déplacement durant la succession forestière, et aussi que cette sélection est moins forte en milieu de succession que dans les coupes récentes et dans les forêts matures. Ces variations dans les relations animaux-habitat durant la succession peuvent s’expliquer par des ajustements comportementaux aux changements dans la couverture qu’offre la canopée prenant place à mesure que la forêt vieillie. En conclusion, cette thèse améliore les connaissances des processus régissant la répartition de la faune boréale, et cela grâce à la combinaison originale de l’étude des communautés, de la dynamique des populations et du comportement animal. / Understanding how communities change over time and the process influencing species distribution are recurrent themes in ecological research. Although changes in animal communities following disturbances have been widely examined, few studies have investigated the process structuring communities, particularly during ecological succession resulting from anthropogenic disturbances. The main objective of my thesis was to better understand the biological processes influencing the organization of small mammal and beetle communities, as well as the distribution of a key species, the red-backed vole (Myodes gapperi), during forest succession in managed boreal forests. First, we examined how forest succession influences the process structuring species assemblages. Then, we focused more specifically on red-backed voles to investigate the processes influencing their spatial organization along a chronosequence of post-logging stands. Finally, we studied their use of habitat at a fine scale (micro-habitat) by assessing the interplay between their movements and habitat attributes characterizing post-harvested stands during ecological succession. The study showed that assemblages 50-60 years after clearcutting were similar to those found in old-growth forests. Generally, community assembly during forest succession seem to be driven by both stochastic and deterministic processes, the latter being linked to interspecific interactions more strongly than to vegetation attributes. Then, we combined habitat selection and optimal foraging theories to evaluate the processes that can explain the increase in red-backed vole abundance during post-logging forest succession in boreal ecosystems. Our results suggest that apparent competition with deer mice (Peromyscus maniculatus) limits the density of red-backed voles, and changes in the relative strength of this process during forest succession can explain patterns of vole distribution and abundance. Sustainable management must maintain habitat features needed for the recovery of species typical of mature forest, an objective that may be challenging because animal-habitat relationships can vary dynamically during succession. We thus identified key habitat attributes for red-backed voles, and then tried to explain some variations in the use of those attributes during forest succession by studying fine-scale movements during forest succession. We found, for example, that voles selected coarse woody debris as a travel path during forest succession, and that this selection was weaker in mid-seral forests than in recent cuts and old-growth forests. Such variations in animal-habitat relationships observed during forest succession can be explained by behavioural adjustments to changes in the availability of canopy cover occurring as stands mature. Overall, this thesis improves our knowledge of the processes driving wildlife distribution dynamics, by its combination of studies on community assembly, population dynamics and animal behaviour.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2023) / Les forêts, les agents pathogènes et leurs interactions sont de plus en plus affectés par des facteurs liés au changement climatique et à la mondialisation. Ces changements influencent la répartition géographique des agents pathogènes, la gravité de leurs dommages et les impacts de leurs origines indigènes ou invasives. Dothistroma septosporum est un champignon ascomycète présent sur plusieurs continents (Europe, Afrique, Amériques); cet agent pathogène était auparavant considéré comme étant endémique sur les pins dans l'ouest de l'Amérique du Nord. Des épidémies récentes de cette maladie dans l'hémisphère nord ont été observées et semblent être directement liées au changement climatique, qui favorise la propagation de l'agent pathogène et la gravité de la maladie. Par conséquent, l'expansion des connaissances quantitatives sur la façon dont le changement climatique entraîne le développement de D. septosporum est cruciale. Dans le premier chapitre, nous analysons les gènes différentiellement exprimés de D. septosporum au cours de l'infection et comparons les interactions sensibles et tolérantes avec son hôte, Pinus contorta. On a inoculé D. septosporum à des individus de P. contorta et des échantillons du tissu infecté ont été prélevés au cours des stades précoce, moyen et tardif de l'infection. L'expression de gènes différentiellement exprimés a été comparée entre les hôtes sensibles et tolérants à la maladie. Nous avons identifié de nombreux gènes candidats qui sont différentiellement exprimés, dont ceux qui jouent un rôle dans la virulence, notamment de nombreux gènes encodant des transporteurs, facteurs de transcription et CAZymes. Ces gènes ont également été précédemment observés dans d'autres interactions pathogènes. Pour le chapitre deux, nous avons identifié les gènes et les SNPs liés à la croissance de D. septosporum à différentes températures à l'aide d'une analyse d'association à l'échelle du génome (GWA). La croissance de chaque isolat de D. septosporum provenant de l'ouest de l'Amérique du Nord a été mesurée sur une gélose à l'extrait de malt à 3 % pendant 5 semaines et le taux de croissance calculé. La contribution des SNPs a été évaluée par une analyse de régression avec un modèle linéaire. Nous avons identifié des gènes d'intérêt, associés au taux de croissance; les produits de ces gènes sont dans des classes bien connues, comme des transporteurs et la régulation du métabolisme. Les gènes candidats identifiés par GWA qui jouaient un rôle dans la croissance étaient plus répandus à des températures plus élevées (20ºC et 25ºC) en raison du meilleur ajustement des modèles par rapport à 15ºC. Une population « à risque » recueillie à Vancouver, en Colombie-Britannique, qui a un génotypage européen, a été identifiée à partir des données phénotypiques. La population de Vancouver surpasse les autres populations à toutes les températures de 15ºC, 20ºC et 25ºC. Enfin, le chapitre trois utilise des modèles de distribution des espèces (SDM) pour projeter la probabilité de propagation de D. septosporum selon plusieurs scénarios de changement climatique. La méthode « Ensemble » a été utilisée pour prendre en compte plusieurs modèles uniques, ce qui augmente la puissance de prédiction. Les données d'occurrence de l'agent pathogène ont été divisées en deux populations génétiquement distinctes, représentant les populations côtières et intérieures de l'ouest de l'Amérique du Nord. La population côtière a montré une plus grande probabilité de propagation par rapport à son homologue de l'intérieur, mais les deux semblent augmenter avec le temps et se déplacer vers le sud-est sous les climats futurs. Dans l'ensemble, les cartes de prédiction des distributions futures ont montré une augmentation de la superficie totale pour les deux populations au milieu et à la fin du siècle, 2050 et 2100, respectivement. / Forests, pathogens, and their interactions are increasingly affected by factors related to climate change and globalization. These changes are influencing geographical distribution of pathogens, the severity of their damages and the impacts that pathogens have on their native or invasive ranges. Dothistroma septosporum is an ascomycete fungus that is endemic on pines in Western North America and a pathogen with worldwide distribution. Recent outbreaks of this disease in the Northern hemisphere have been observed and appear to be directly linked to the changing climate, which aids the spread and severity of the pathogen. Therefore, the expansion of quantitative knowledge on how climate change drives the development D. septosporum is crucial. In the first chapter, we analyse differentially expressed genes of D. septosporum during infection and compare both susceptible and tolerant interactions with its host, Pinus contorta. Susceptible and tolerant P. contorta were artificially inoculated with D. septosporum and samples of the infected tissue were collected during its early, middle, and late stages of infection. The expression of differentially expressed genes for susceptible hosts were analysed at each time point and further investigated. We identified many candidate genes that play a role in virulence, including many transporters, transcription factors, and CAZymes. These genes have also been previously observed in other pathogenic interactions. For Chapter Two, we use genome-wide association (GWA) analysis to identify genes and SNPs related to growth of D. septosporum at three different temperatures: 15ºC, 20ºC and 25ºC. We monitored the growth of D. septosporum isolates from across Western North America on 3% malt extract agar for 5 weeks and extracted the growth rate by fitting the observations on a linear model. A « risk » population collected from Vancouver, BC, which has a European genotyping, was identified from the phenotypic data. The Vancouver population outperforms other populations at all three temperatures tested. The GWA showed that candidate genes involved in growth were more prevalent at higher temperatures (20oC and 25ºC) compared to 15ºC. These candidate genes include transporters and genes involved with regulation of metabolism. Finally, Chapter Three discusses our use of species distribution models (SDM) to project the likelihood of D. septosporum spread under several climate change scenarios. Ensemble forecasting techniques were used as opposed to single models to improve prediction power. Occurrence data of the pathogen was divided into two genetically distinct populations, representing the coastal and interior populations of Western North America. The coastal population showed a higher likelihood.

Cette étude visait à déterminer quelle devise nutritionnelle, parmi les gains journaliers en énergie digestible, les gains instantanés en énergie digestible, en phosphore ou en sodium, expliquait le mieux la répartition du bison (Bison bison) dans les prairies canadiennes. Nous avons caractérisé la sélection de l'habitat des bisons du parc national du Canada des Prairies à l'hiver et au printemps 2007 et interprété cette sélection dans le contexte des gains attendus pour chacune des quatre devises. En toutes saisons, les communautés végétales fournissant les gains instantanés les plus rapides en énergie digestible étaient les plus fortement sélectionnées. Cette sélection s'effectuait au détriment des autres devises. Ces résultats viennent appuyer des observations obtenues dans des écosystèmes boréaux. La recherche de gains rapides en énergie constitue donc un des mécanismes prépondérants de la répartition du bison, et du coup, cette devise devrait permettre d'anticiper sa répartition malgré des changements dans les écosystèmes.

Les apports d’un cadastre 3D ont été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations. Malgré ces nombreux travaux, très peu d’analyses et de synthèses sont proposées quant à l’utilité ou les usages spécifiques d’une représentation volumique (3D) cadastral dans le contexte particulier d’une gestion municipale. Dans ce sens, l’objectif principal de cette étude est de mieux connaître les usages actuels et besoins des gestionnaires municipaux en matière de représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique où la 3e dimension géométrique est perçue comme étant intéressante). L’étude porte spécifiquement sur les cas indiqués comme étant du cadastre vertical du système du cadastre du Québec géré par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et son usage dans certaines villes et municipalités québécoises. Les résultats sont présentés sous forme d’une enquête menée auprès d’un échantillon d’usagers municipaux et par la proposition de mécanismes menant à la production la plus automatisée possible de modèles 3D réalisés à partir des plans complémentaires issus du système du cadastre du Québec. Un sondage sur les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires du cadastre vertical a été effectué auprès d’intervenants municipaux responsables de la géomatique et de la gestion territoriale dans leur municipalité. 48 répondants des 36 municipalités ont participé au sondage, soit 32 répondants de 21 différentes villes, 15 répondants de 15 Municipalité régionale de comté (MRC) et un répondant de la Communauté Métropolitaine de Montréal. Les résultats montrent que 91% des acteurs municipaux sondés utilisent les plans cadastraux et lorsque des situations de superposition verticale des propriétés existent, où le cadastre vertical est disponible, 84% des répondants exploitent effectivement les plans complémentaires dans leurs activités professionnelles. Les répondants ont confirmé un réel besoin de posséder une représentation volumique cadastrale puisque que 81% ont répondu vouloir disposer de ce genre de représentation. Les mêmes usages que ceux des plans cadastraux sont envisagés pour la 3D soit comme appui aux systèmes qui servent à la taxation, à l'émission des permis de construction, au zonage et à l'aménagement du territoire et urbanisme. En termes de contenu de la représentation volumique, les mesures officielles (i.e. la longueur des limites, la superficie et le volume), la distinction entre les lots privés et communs et la géométrie volumique des lots sont jugées nécessaires par 85% des répondants. Finalement, une procédure qui se décline en deux grandes étapes de vectorisation et de modélisation 3D est proposée pour la construction automatisée d’une représentation volumique à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Celle-ci a été testée sur un condominium de trois étages, et prend 17 minutes avec 64 interventions pour la compléter. / Several researches and organizations have demonstrated the role of 3D volumetric representation in cadastral systems. Nevertheless, only a few have examined the usefulness and applications of 3D cadastral representations in municipal management. Thereupon, the principal objective of this study is to better understand the current and anticipated needs for the applications of 3D cadastral representations in municipal management in case of super-imposed properties (where the 3rd geometric dimension is foreseen as appealing). The research specifically investigates the case of vertical cadaster as noted in Quebec’s cadastral system arranged by the Ministry of Natural Resources (MNR) of Quebec Province as well as its application in number of cities and municipalities across the province. This study presents the interests as well as the requirements based on an inquiry among several municipal partners. Moreover, a mechanism is proposed to automate, as much as possible, the procedure to reconstruct cadastral 3D models from the complementary plans (vertically super-imposed data) which exist in Quebec’s cadastral system. A user survey targeting the actual applications of cadastral maps of Quebec as well as the complementary plans of the vertical cadaster was carried out among the municipal authorities who are responsible for geomatics and land management across the province. Totally, 48 participants from 36 municipalities responded to the survey. This includes 21 cities (32 participants), fifteen regional county municipalities (fifteen participants), and one metropolitan community (one participant). The results show that 91% of the participating municipal actors use cadastral maps. In case of super-imposed properties, where vertical cadaster is available, 84% of the respondents effectively benefit from the complementary plans for regulating the respective professional activities. The respondents have confirmed a real need for volumetric cadastral representation as 81% of them would like to have such representation at their disposal. 3D cadastral models have been considered useful to enhance the principal usages of cadastral maps such as taxation, issuance of construction permits, and regional and urban planning. In terms of content, 85% of the respondents indicate that the capabilities to represent the official measures (i.e. length of limits and edges, area, and volume), to distinguish between private and common lots, and to provide the volumetric geometry of the lots are among the necessary requirements of volumetric cadastral representations. Finally, a two-step procedure (vector digitization followed by 3D modeling) is proposed to improve the automation of volumetric cadastral reconstruction from image-form complementary plans (stored in PDF files). This procedure has been tested on a three-story condominium and takes 64 interventions in 17 minutes to complete.

Les relations qu'entretiennent les humains envers l'environnement évoluent et se transforment au fil des générations. Les enfants incarnent ces changements grâce à l'éducation scolaire et familiale en plus de leurs interactions avec la nature. L'analyse de la relation entre les enfants et les marais intertidaux permet, ici, l'étude des facteurs susceptibles d'affecter leur connaissance et leur perception de ces espaces. Est-ce que les différents modèles locaux d'aménagement des marais influencent leurs réponses? À cet effet, la méthode a privilégié la distribution de 162 questionnaires dans cinq municipalités de l'estuaire du fleuve Saint-Laurent. Les résultats démontrent que peu de différences subsistent dans la perception et la conceptualisation entre les différents endroits. Malgré leur appréciation des attributs des marais, les participants n'étaient pas particulièrement instruits à leur sujet. Certains facteurs d'ordres sociaux, tels que le degré de sensibilité environnementale et le métier des parents, semblent davantage influencer le niveau de connaissances.