Les plantes, comme tous les êtres vivants, entretiennent un rapport double à leur environnement. L’environnement sélectionne quelles stratégies peuvent s’établir, et les stratégies ainsi sélectionnées façonnent en retour cet environnement. Cette boucle de rétroaction environnementale, lorsqu’elle est alimentée par une variabilité de formes, est le moteur de l’évolution, de l’assemblage des communautés et du développement écosystémique, et détermine en fin de compte les propriétés émergentes des écosystèmes.Les approches issues de l’écologie théorique reconnaissent depuis longtemps cette dualité, comme en témoignent les concepts de "niche de besoin" et "niche d’impact" au cœur de la théorie contemporaine de la niche. Similairement, les approches type « théorie des jeux » comme la dynamique adaptative reconnaissent le rôle central joué par la boucle de rétroaction environnementale en tant que moteur des dynamiques éco-évolutives.Dans cette thèse, j'unifie ces deux perspectives théoriques et les applique à des problèmes écologiques variés, dans le but de comprendre comment les interactions réciproques entre les plantes et leur environnement déterminent les traits adaptatifs des plantes et les propriétés émergentes des écosystèmes.Dans un premier temps, je propose un cadre mathématique général et rigoureux à la théorie contemporaine de la niche et la méthode graphique qui lui est associée. Après avoir étendu ce cadre à la prise en compte d’un continuum de stratégies en interaction à l’aide d’enveloppes géométriques, je montre comment appliquer la théorie contemporaine de la niche à deux perspectives, à savoir les dynamiques éco-évolutives et l’assemblage de communautés par remplacements successifs de stratégies.Dans un second temps, j’applique cette approche à l’étude de l’évolution des défenses des plantes contre les herbivores le long de gradients de nutriments, en considérant l’évolution des traits d’acquisition de la ressource, de tolérance et de résistance aux herbivores. Je montre que la prise en compte des transferts trophiques conduit à la sélection de stratégies compétitives mais sans défense dans les environnements pauvres, alors que ce sont toujours des stratégies défendues (résistantes, tolérantes, ou la coexistence des deux) qui dominent dans les environnements riches en nutriments. Mes résultats mettent en évidence le rôle central joué par la rétroaction plante-herbivores dans la détermination des patrons de défense des plantes.Dans un troisième temps, je montre comment la théorie contemporaine de la niche peut être étendue pour prendre en compte la facilitation. J’utilise ensuite cette approche pour montrer comment la colonisation d’un substrat nu par une communauté de plantes fixatrices d’azote couplée au recyclage des nutriments peut donner naissance à de la succession par facilitation. Contrairement aux modèles habituels de succession, je montre que la succession par facilitation donne lieu à un développement autogène de l’écosystème ainsi qu’un régime de bistabilité entre la végétation et le substrat nu en fin de succession. Enfin, je propose une nouvelle théorie de la succession basée sur les ratios de ressources.Pris dans leur ensemble, ces nouveaux développements démontrent que la théorie de la niche peut être adaptée à l’étude d’un large champ de situations écologiques, de la facilitation aux dynamiques éco-évolutives et à l’assemblage des communautés. Dans ce cadre conceptuel, mon approche basée sur les enveloppes s’avère être un outil efficace pour passer de l’échelle individuelle à l’échelle de l’écosystème, en assimilant le remplacement adaptatif d’espèces à une plasticité des propriétés écosystémiques. Cette approche permet alors de décrire l’émergence des boucles de régulation qui contrôlent le fonctionnement des écosystèmes, comme l’illustrent mes résultats le long de gradients de nutriments sur la transition entre régimes de succession ou encore l’émergence de culs-de-sac trophiques. / As living organisms, plants present a dual relationship with their biotic and abiotic environment. The environment selects plant strategies that can establish, and selected strategies in turn impact and shape the environment as they spread. When fueled by variation ,this environmental feedback loop drives evolution, community assembly and ecosystem development, and eventually determines the emergent properties of ecosystems.Theoretical ecology approaches have long recognized this duality, as it is at the core of contemporary niche theory through the concepts of requirement and impact niche. Similarly, game-theoretical approaches such as adaptive dynamics have emphasized the role played by the environmental feedback loop in driving eco-evolutionary dynamics. However, niche theory could benefit from a more individualistic, selection based perspective, while adaptive dynamics could benefit from niche theory’s duality and graphical approach.In my dissertation, I unify these theoretical perspectives and apply them to various ecological situations in an attempt to understand how the reciprocal interaction between plants and their environment determines plant adaptive traits and emergent ecosystem functions.First, I introduce a general and rigorous mathematical framework to contemporary niche theory and the associated graphical approach. By extending these ideas to a continuum of interacting strategies using geometrical envelopes, I show how contemporary niche theory enables the study of both eco-evolutionary dynamics and community assembly through species sorting. I show how these two perspectives only differ by the range of invaders considered, from infinitesimally similar mutants to any strategy from the species pool. My results also emphasize the fact that selection only acts on the requirement niche, evolution of the impact niche being just an indirect consequence of the former.Second, I use this approach to study the evolution of plant defenses against herbivores along a nutrient gradient, by considering the joint evolution of resource acquisition, tolerance and resistance to herbivores. I show that trophic transfers lead to the selection of very competitive, undefended strategies in nutrient-poor environments, while defended strategies -- either resistant, tolerant or the coexistence of both -- always dominate in nutrient-rich environments. My results highlight the central, and often underestimated, role played by plant-environment feedbacks in shaping plant defense patterns.Third, I extend contemporary niche theory to facilitation originating from positive environmental feedback loops. I use these new tools to show how colonization of a bare substrate by a community of nitrogen-fixing plants coupled with nutrient recycling can lead to facilitative succession. Contrarily to previous competition-based succession models, I point out that facilitative succession leads to autogenic ecosystem development, relatively ordered trajectories and late succession bistability between the vegetated ecosystem and the bare substrate. By showing how facilitative succession can turn into competition-based succession along an increasing nitrogen gradient, I derive a new resource-ratio theory of succession.Overall, these new theoretical developments demonstrate that niche theory can be adapted to study a broad range of ecological situations, from facilitation to eco-evolutionary dynamics and community assembly. Within this framework, my envelope-based approach provides a powerful tool to scale from the individual level to the ecosystem level, lumping selection-driven species turnover into plastic ecosystem properties. This, is turn, helps describing the emergence at the ecosystem scale of regulation feedback loops that drive ecosystem dynamics and functioning, as exemplified by my results along increasing resource gradients showing a transition from facilitation- to competition-based succession or the emergence of trophic dead-ends.

Die räumliche und zeitliche Organisation von Zellen während Embryonalentwicklung, Regeneration oder Erneuerung von Geweben ist eine faszinierende Fähigkeit lebender Organismen. Dazu benötigen die Zellen Informationen über ihre Position im Organismus. Diese Informationen werden oft in Form von Signal- oder Morphogengradienten bereitgestellt, also von Signalmolekülen, die Konzentrationsprofile im Raum bilden. Plattwürmer (Planarien) sind ein sehr geeigneter Modellorganismus, um solche Gewebeorganisationsprozesse zu erforschen, weil sie kontinuierlich alle Zellen ihres Körpers erneuern und aus kleinsten Gewebestücken regenerieren können. Bei einer Körperlänge von bis zu 2 cm muss Gewebe auf größeren Längenskalen organisiert werden, als es für die Embryonalentwicklung in anderen Spezies nötig ist. Trotzdem treten auch in Planarien Signalgradienten auf. Ihre Hauptkörperachse wird, wie bei anderen Tieren auch, von einem Wnt-Signalgradienten organisiert. Experimentelle Beobachtungen legen nahe, dass ein positiver Feedbackmechanismus, in dem ein Wnt-Signal zur Erzeugung von mehr Wnt-Molekülen führt, wesentlich zur Bildung dieses Gradienten beiträgt. Inspiriert durch diese Beobachtungen stellen wir in dieser Arbeit einen Mechanismus zur Ausbildung von Signalgradienten vor, der auf positivem Feedback basiert. Um die besondere Bedeutung der Zellen für dieses Feedback berücksichtigen zu können, ist das hier präsentierte Modell diskret und besteht aus Zellen und Extrazellularräumen. Das positive Feedback sorgt für eine Signalübertragung von Zelle zu Zelle, wobei die Konzentration der extrazellulären Signalmoleküle die Konzentration des intrazellulären Effektors positiv reguliert, was wiederum zur Bildung von mehr Signalmolekülen führt. Wir zeigen, dass dieser Signalübertragungsmechanismus langreichweitige Signalgradienten mit einer Längenskala von mehreren hundert Zellen, also in der Größenordnung von Millimetern, ausbildet. Die Längenskala wird durch die Stärke des positiven Feedbacks reguliert. Eine entsprechende Regulation der Feedbackstärke ermöglicht es, die Längenskala des Signalgradienten an die Größe des Systems anzupassen. Erfolgt die Sekretion der Signalmoleküle, die die Zellen als Antwort auf das Feedback produzieren, gerichtet, führt das zu einer gerichteten Ausbreitung der Signalmolekülkonzentration im System, also zu Drift. Auf diese Weise können bei biologisch relevanten Werten des Diffusionskoeffizienten und der Degradationsrate der Signalmoleküle Signalgradienten mit einer Längenskala von mehreren zehn bis hundert Zellen in Stunden bis Tagen gebildet werden. Im Unterschied zum Diffusions/Degradations-Mechanismus, der häufig zur Erklärung von Gradientenbildung im Kontext von Embryonalentwicklung herangezogen wird, benötigt der in dieser Arbeit präsentierte Signalübertragungsmechanismus also weder sehr schnell diffundierende noch sehr langlebige Moleküle, um die Bildung von langreichweitigen Signalgradienten auf biologisch relevanten Zeitskalen zu erklären. Da viele Morphogene langsam diffundieren, macht das den Zell-zu-Zell-Signalübertragungsmechanismus zu einem attraktiven Konzept, um die Bildung von langreichweitigen Morphogengradienten zu erklären. / Embryonic development, regeneration, and tissue renewal are spectacular tissue-patterning events. Tissue patterning requires information. This information is often provided by signalling molecules that form graded concentration profiles in space, referred to as signalling gradients or morphogen gradients. Planarian flatworms are an ideal model organism to study tissue patterning as they constantly turn over all of their tissues and are able to regenerate from arbitrary amputation fragments. At a body length of up to 2 cm, planarians are orders of magnitudes larger than tissues organised during embryonic development in other species. Yet, flatworms employ signalling gradients for tissue patterning. Like in other organisms throughout the animal kingdom, their main body axis is patterned by a Wnt signalling gradient. Experiments have suggested a positive feedback mechanism of Wnt-mediated Wnt expression to be implicated in the formation of this Wnt signalling gradient in planarians. Inspired by these observations, in this thesis we present a cell-to-cell relay mechanism based on positive feedback to explain long-ranged signalling gradient formation. To account for the cellular nature of the relay, we built a discrete model, that considers individual cells and extracellular spaces. The relay is generated by a positive feedback loop in which extracellular signalling levels positively regulate intracellular effector concentrations which in turn leads to production of more extracellular signalling molecules. We show that a cell-to-cell relay gives rise to steady-state gradients reaching length scales of the order of hundreds of cells, corresponding to millimetres. The length scale is regulated by the strength of the feedback, which allows scaling the steady-state gradient to tissue size by adapting the feedback strength. Polarised secretion of signalling molecules in response to the positive feedback leads to an effective drift of signalling molecule concentration through the system. This allows the formation of signalling gradients with a length scale of tens to hundreds of cells (millimetres) within hours to days for a physiologically relevant diffusion coefficient and degradation rate of the signalling molecules. Thus, in contrast to a diffusion/degradation-based mechanism that is widely used to explain signalling gradient formation during embryonic development, the relay mechanism requires neither extraordinarily quickly-diffusing nor very long-lived signalling molecules to explain the formation of long-ranged signalling gradients on biologically relevant time scales. The cell-to-cell relay mechanism is therefore an attractive concept to explain the long-ranged patterning effects of poorly diffusive morphogens.

Au cours des trois dernières décennies, les programmes d'observation des GES se sont orientés vers des échelles de plus en plus fines. Il est devenu indispensable de développer les réseaux d'observation pour s'adapter aux échelles visées. On s'oriente également vers une augmentation des espèces observables afin de disposer d'une palette de traceurs atmosphériques. Dans le cadre de l'infrastructure de recherche européenne ICOS, le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) est en charge de la veille technologique en matière d’instruments de mesure des GES. Dans le cadre de ma thèse, j’ai évalué en premier lieu les performances d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ciblant cinq composés: N2O, CH4, CO, CO2 et son isotope 13CO2.Hormis le FTIR, d’autres nouvelles techniques sont apparues sur le marché, en particulier concernant la mesure du N2O. Contrairement au CO2 et CH4 les stations ICOS n'ont pas encore l'obligation de mesurer le N2O car aucun instrument n'a été reconnu comme suffisamment performant. Dans le cadre de ma thèse j'ai eu la responsabilité de faire l'évaluation de sept analyseurs de N2O provenant de cinq constructeurs différents. Grâce à cette étude, j’ai pu regrouper les analyseurs en deux catégories : les instruments performants pour de hautes fréquences de mesures (<1 min) et les instruments stables sur le long terme. La première catégorie est plus adaptée aux mesures des échanges avec les écosystèmes par la méthode des flux turbulents, alors que la deuxième permet le suivi à haute précision dans l'atmosphère. La plupart des instruments présentent une sensibilité aux variations de température ambiante ainsi qu’une correction de la vapeur d’eau insuffisante (Lebegue et al., 2016).Par la suite, j’ai utilisé les données de N2O obtenues avec le FTIR afin de déterminer les émissions de ce gaz à l’aide de la méthode Radon qui repose sur la corrélation entre l’accumulation nocturne du 222Rn et celle de N2O. L’instrument FTIR proposant une meilleure justesse de mesure que le GC utilisé par le passé, j’ai pu obtenir un plus grand nombre d’évènements exploitables (+45%). Par la suite, j'ai installé le FTIR sur le site de Trainou, une tour radio près d'Orléans, début 2014 afin de caractériser les gradients verticaux de N2O et 13CO2.Le LSCE a acquis en mars 2015 un spectromètre laser de marque Aerodyne Research dédié à l’étude des échanges atmosphère-biosphère du carbone. Les trois composés cibles sont CO2, H2O et l’oxysulfure de carbone (COS). Dans la mesure où les plantes assimilent COS et CO2 et qu’il n’existe pas de mécanisme équivalent à la respiration du CO2 pour le COS, l’absorption du COS par les plantes serait directement proportionnelle à leur activité photosynthétique. Dans ce contexte, j’ai évalué les performances de l’instrument Aerodyne puis comparé ces dernières à celles du GC qui évalue depuis août 2014 les variations diurne et saisonnière du rapport de mélange à l’Orme des Merisiers. Enfin, j’ai installé l’instrument Aerodyne à la tour ICOS de Saclay afin d’y documenter les variations diurnes du gradient vertical de COS.Mes études montrent (1) que l'Aerodyne et le GC présentent des performances similaires mais que l'Aerodyne a l’avantage de nécessiter une maintenance nettement moins importante, et (2) que l’instrument Aerodyne est capable de détecter un gradient vertical de quelques ppt en période de stratification nocturne. Dans cette partie de mon travail de thèse, j’évalue aussi les variations saisonnières du COS dans la basse troposphère, déterminées à partir des données GC, que je compare à d’autres sites à travers le monde. J’ai également pu estimer sur cette période, par la méthode Radon, les vitesses de dépôt de COS sur le Plateau de Saclay. Cette méthode m’a permis de mettre en évidence l’existence d’un puits nocturne de COS dans la région du plateau de Saclay qui demeure actif quasiment tout au long de l’année. / During the last three decades, GHG observations programs went towards ever smaller scales, and it is becoming necessary to develop observation networks and adapt them to the different scales studied. Besides denser networks, we are going toward an increase of the species monitored in order to have a wide range of atmospheric tracers available to identify processes. As a member of the European research program ICOS (Integrated Carbon Observing System), the LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement) is in charge of technological watch for GHG measuring analyzers. In the scope of my thesis, I first tested a Fourier Transform Infra-Red Spectrometer (FTIR) commercialized by Ecotech which can analyze five species: N2O, CH4, CO, CO2 and its isotope 13CO2.Apart of the FTIR, other new technologies appeared on the market, particularly relating to N2O measurements. Unlike CO2 and CH4, ICOS stations don’t require measuring N2O, as no instrument has been found to be performant enough concerning measurement precision and reliability for the ICOS network. During my thesis, I had the responsibility to make an exhaustive evaluation of seven analyzers of N2O from five different manufacturers. I’ve been able to gather the analyzers in two categories: those with good high frequency measurements (< 1 min) and those which are stable over long periods. The first category is particularly adapted to measurement of exchange rates between different ecosystems, whereas the second allows for high precision monitoring of the atmosphere. Most instruments show dependence to ambient temperature variations as well as a water vapor correction either useless or lacking (Lebegue et al., AMT, 2016).Then, I used N2O measurements from the FTIR in order to determine night emissions of this gas by using the Radon method which calculates the correlation between the nocturnal accumulation of 222Rn and N2O. Thanks to the better repeatability of the FTIR over the gas chromatograph one, I have been able to obtain more workable events than with the GC (+45%). Start of 2014, I installed the FTIR at the Trainou station, a radio tower near Orléans, in order to document the vertical gradients of N2O and 13CO2.The LSCE received in March 2015 a laser spectrometer from Aerodyne Research dedicated to the study of atmosphere/biosphere carbon fluxes. Three species are analyzed, CO2, H2O and carbonyl sulfide (COS) for which the mixing ratio in the troposphere is a million times smaller than CO2’s. Considering that vegetation assimilate COS and CO2 in similar proportions and that there is no mechanism similar to respiration for COS, the absorption of COS by the vegetation should be directly proportional to the photosynthetic activity. In this respect, I have characterized the performances of the new instrument Aerodyne. I then compared measurements of COS from this instrument to those obtained with a GC which document, since August 2014, the diurnal and seasonal variations of COS mixing ratios and fluxes at the LSCE. Finally, I installed the Aerodyne analyzer at the ICOS tower of Saclay in order to document the diurnal variations of the vertical gradient of COS during the winter period.My studies showed (1) that the Aerodyne and the GC show similar performances although the Aerodyne analyzer has the advantage of needing less maintenance, and (2) that the Aerodyne analyzer is able to detect a vertical gradient of a few ppt during a nocturnal stratification. Here, I also study the seasonal variations of COS in the low troposphere, from GC data, which I compare to other stations across the world. I’ve also been able to estimate over this period, with the Radon method, the deposition velocity of COS over the Saclay plateau. Thanks to this method, I was able to document a nocturnal sink active for almost the full year over the Saclay Plateau.

The overprescription of antibiotics has resulted in bacteria resistance, which is considered a global threat to global health. Deciding if antibiotics should be prescribed or not from individual visits of patients’ medical records in Swedish can be considered a text classification task, one of the applications of Natural Language Processing (NLP). However, medical experts and patients can not trust a model if explanations for its decision are not provided. In this work, multilingual and monolingual Transformer models are evaluated for the medical classification task. Furthermore, local explanations are obtained with SHapley Additive exPlanations and Integrated Gradients to compare the models’ predictions and evaluate the explainability methods. Finally, the local explanations are also aggregated to obtain global explanations and understand the features that contributed the most to the prediction of each class. / Felaktig utskrivning av antibiotika har resulterat i ökad antibiotikaresistens, vilket anses vara ett globalt hot mot global hälsa. Att avgöra om antibiotika ska ordineras eller inte från patientjournaler på svenska kan betraktas som ett textklassificeringproblem, en av tillämpningarna av Natural Language Processing (NLP). Men medicinska experter och patienter kan inte lita på en modell om förklaringar till modellens beslut inte ges. I detta arbete utvärderades flerspråkiga och enspråkiga Transformersmodeller för medisinska textklassificeringproblemet. Dessutom erhölls lokala förklaringar med SHapley Additive exPlanations och Integrated gradients för att jämföra modellernas förutsägelser och utvärdera metodernas förklarbarhet. Slutligen aggregerades de lokala förklaringarna för att få globala förklaringar och förstå de ord som bidrog mest till modellens förutsägelse för varje klass.

Un des défis les plus pressants offerts aux écologistes des communautés actuellement consiste à prédire la réponse des assemblages d'espèces au changement environnemental global. Les études départageant la contribution de la variation observée à l'intérieur des espèces et entre les espèces à la variation fonctionnelle observée entre les communautés le long de gradients environnementaux spatiaux sont particulièrement utiles à cette fin. Elles permettent en effet d'évaluer la part que l'adaptation locale et la plasticité phénotypique (variation intraspécifique), en plus du renouvellement en espèces (variation interspécifique), pourraient jouer dans la médiation des changements environnementaux par les communautés végétales. Ce mémoire vise à évaluer la contribution de la variation intraspécifique au renouvellement en traits entre des communautés végétales le long d'un flanc de montagne, ainsi que les contextes environnementaux et écologiques dans lesquels une plus grande ou plus faible contribution de cette variation intraspécifique pourrait être attendue. Pour ce faire, j’ai quantifié la variation dans trois traits fonctionnels distincts (phénologie florale, surface foliaire spécifique et hauteur) entre, et à l'intérieur de 51 espèces végétales herbacées de sous-bois distribuées entre des communautés couvrant une transition de la forêt de feuillus à la forêt boréale (Parc national du Mont-Mégantic, Qc). Je présente également un nouveau cadre conceptuel établissant des hypothèses et prédictions sur les contextes environnementaux et écologiques pouvant déterminer la magnitude de la contribution de la variation intraspécifique à l'association trait-environnement entre les communautés végétales, que je teste à l'aide de ce jeu de données. Je rapporte que l'importance relative de la variation intraspécifique au renouvellement fonctionnel entre les communautés est dépendante de l'axe environnemental considéré, étant la plus forte le long d'axes non-climatiques, soit l'ouverture de la canopée et l'acidité du sol. Cette contribution est également déterminée de façon importante par la structure des réponses des espèces au gradient, en particulier par la direction et la magnitude de la variation intraspécifique dans l'espèce la plus abondante, la cohérence dans la direction de la réponse fonctionnelle des espèces à la variation environnementale et les patrons d'association trait-abondance à l'intérieur des espèces. Mon étude souligne l'importance de considérer les patrons sous-jacents à la contribution de la variation intraspécifique dans l'évaluation des sources de l'association trait-environnement entre les communautés végétales et propose des bases empiriques fortes pour améliorer les prédictions des réponses phénologique et végétative des communautés au changement environnemental global.

A contactless method using a novel design of the experimental cell for formation of porous silicon with morphological gradient is reported. Fabricated porous silicon layers show a large distribution in porosity, pore size and depth along the radius of the samples. Symmetrical arrangements of morphology gradient were successfully formulated radially on porous films and the formation was attributed to decreasing current density radially inward on the silicon surface exposed to Triton (R) X-100 containing HF based etchant solution. Increasing the surfactant concentration increases the pore depth gradient but has a reverse effect on the pore size distribution. Interestingly, when dimethyl sulfoxide was used instead of Triton (R) X-100 in the etchant solution, no such morphological gradients were observed and a homogeneous porous film was formed.

Les objectifs de ce travail visaient à déterminer l'importance qualitative, quantitative et fonctionelle des virus dans le Lac Pavin, en tenant compte des gradients liés à la profondeur. Nous montrons que la dynamique de la diversité de l'abondance et de l'activité lytique du virioplancton du lac est étroitement associée à celle des communautés microbiennes. La prise en compte de l'ensemble de la colonne d'eau indique que la structure des réseaux trophiques microbiens et la place des virus dans ces réseaux dépendent de la profondeur. Finalement, jusqu'à 16% du bactérioplancton serait lysogène. Ce mode de vie, antagoniste à celui lytique, dépend de la disponibilité de l'hôte et serait un mécanisme de survie virale, pouvant avoir une incidence sur l'évolution adaptative des hôtes. Ces résultats montrent que les virus seraient essentiels dans la diversification et l'écologie des communautés microbiennes, et dans les flux de matière et d'énergie circulant dans la colonne d'eau.

Gradient surfaces exhibit a variation in functionality along the length of the surface. One method for preparing gradients is controlled-rate infusion (CRI). In Part 1 of this work, CRI was used to prepare gradients for the purpose of separating transition and heavy metals. Initial work on this project was focused on controlling the retention of the metal ions by varying the number of amine groups, aminoalkoxysilane concentration, and the infusion time. The retention factors of four metal ions varied predictably with increasing number of amine groups, increasing aminoalkoxysilane concentration, and increasing infusion time, producing small but useful changes in the retention factors. The continuation of this project involved the preparation of two-dimensional multi-component gradients on TLC plates, which were used to separate six transition and heavy metals. The retention, and thus the separation, was affected by the presence or absence of a gradient and the direction of the gradient. Part 2 of this work focused on understanding the factors that motivated instructors in the early and late stages in the process of change. Instructors who attended the POGIL-PCL (Process-Oriented Guided Inquiry Learning in the Physical Chemistry Laboratory) workshops were asked to complete online surveys. The goals of the first survey were to understand the factors that initially interested instructors in POGIL-PCL, to determine if instructors enter the implementation stage, and to understand the factors that affect how instructors implement POGIL-PCL. Later surveys were designed to explore the development of the POGIL-PCL network and assess whether implementation is sustained over time.

This thesis deals with Computational Fluid Dynamics (CFD)simulations of the flow around delta wings at high angles ofattack. These triangular wings, mainly used in militaryaircraft designs, experience the formation of two vortices ontheir lee-side at large angles of attack. The simulation ofthis vortical flow by solving the Navier-Stokes equations isthe subject of this thesis. The purpose of the work is toimprove the understanding of this flow and contribute to thedesign of such a wing by developing methods that enable moreaccurate and efficient CFD simulations. Simulations of the formation, burst and disappearance of thevortices while the angle of attack is changing are presented.The structured flow solver NSMB has been used to get thetime-dependent solutions of the flow. Both viscous and inviscidresults of a 70°-swept delta wing pitching in anoscillatory motion are reported. The creation of the dynamiclift and the hysteresis observed in the history of theaerodynamic forces are well reproduced. The second part of the thesis is focusing on automatic meshrefinement and its influence on simulations of the delta wingleading-edge vortices. All the simulations to assess the gridquality are inviscid computations performed with theunstructured flow solver EDGE. A first study reports on theeffects of refining thewake of the delta wing. A70°-swept delta wing at a Mach number of 0.2 and an angleof attack of 27° where vortex breakdown is present abovethe wing, is used as testcase. The results show a strongdependence on the refinement, particularly the vortex breakdownposition, which leads to the conclusion that the wake should berefined at least partly. Using this information, a grid for thewing in the wind tunnel is created in order to assess theinfluence of the tunnel walls. Three sensors for automatic meshrefinement of vortical flows are presented. Two are based onflow variables (production of entropy and ratio of totalpressures) while the third one requires an eigenvalue analysisof the tensor of the velocity gradients in order to capture theposition of the vortices in the flow. These three vortexsensors are successfully used for the simulation of the same70° delta wing at an angle of attack of 20°. Acomparison of the sensors reveals the more local property ofthe third one based on the eigenvalue analysis. This lattertechnique is applied to the simulation of the wake of a deltawing at an angle of attack of 20°. The simulations on ahighly refined mesh show that the vortex sheet shed from thetrailing-edge rolls up into a vortex that interacts with theleading-edge vortex. Finally the vortex-detection technique isused to refine the grid around a Saab Aerosystems UnmannedCombat Air Vehicle (UCAV) configuration and its flight dynamicscharacteristics are investigated. Key words:delta wing, high angle of attack, vortex,pitching, mesh refinement, UCAV, vortex sensor, tensor ofvelocity gradients.

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