Near real-time event streams are a key feature in many popular social media applications. These types of applications allow users to selectively follow event streams to receive a curated list of real-time events from various sources. Due to the emphasis on recency, relevance, personalization of content, and the highly variable cardinality of social subgraphs, it is extremely difficult to implement feed following at the scale of major social media applications. This leads to multiple architectural approaches, but no consensus has been reached as to what is considered to be an idiomatic solution. As of today, there are various theoretical approaches exploiting the dynamic nature of social graphs, but not all of them have been applied in practice. In this paper, large-cardinality graphs are placed in the context of existing research to highlight the exceptional data management challenges that are posed for large-scale real-time social media applications. This work outlines the key characteristics of data dissemination in large-cardinality social graphs, and overviews existing research and state-of-the-art approaches in industry, with the goal of stimulating further research in this direction.

Adinkras and arithmetical graphs have divergent origins. In the spirit of Feynman diagrams, adinkras encode representations of supersymmetry algebras as graphs with additional structures. Arithmetical graphs, on the other hand, arise in algebraic geometry, and give an arithmetical structure to a graph. In this thesis, we will interpret adinkras as arithmetical graphs and see what can be learned. Our work consists of three main strands. First, we investigate arithmetical structures on the underlying graph of an adinkra in the specific case where the underlying graph is a hypercube. We classify all such arithmetical structures and compute some of the corresponding volumes and linear ranks. Second, we consider the case of a reduced arithmetical graph structure on the hypercube and explore the wealth of relationships that exist between its linear rank and several notions of genus that appear in the literature on graph theory and adinkras. Third, we study modifications of the definition of an arithmetical graph that incorporate some of the properties of an adinkra, such as the vertex height assignment or the edge dashing. To this end, we introduce the directed arithmetical graph and the dashed arithmetical graph. We then explore properties of these modifications in an attempt to see if our definitions make sense, answering questions such as whether the volume is still an integer and whether there are still only finitely many arithmetical structures on a given graph.

Proteins in Escherichia coli were compared in terms of essentiality, centrality, and conservation. The hypotheses of this study are: for proteins in Escherichia coli, (1) there is a positive, measureable correlation between protein conservation and essentiality, (2) there is a positive relationship between conservation and degree centrality, and (3) essentiality and centrality also have a positive correlation. The third hypothesis was supported by a moderate correlation, the first with a weak correlation, and the second hypotheis was not supported. When proteins that did not map to orthologous groups and proteins that had no interactions were removed, the relationship between essentality and conservation increased to a strong relationship. This was due to the effect of proteins that did not map to orthologus groups and suggests that protein orthology represented by clusters of orthologus groups does not accurately dipict protein conservation among the species studied.

Cette thèse est une contribution à la modélisation imbriquée de systèmes complexes. Elle propose une méthodologie globale pour quantifier les incertitudes et leurs origines dans une chaîne de calcul formée par plusieurs modèles pouvant être reliés les uns aux autres de façon complexe. Ce travail est organisé selon trois axes. D’abord, la structure dedépendance des paramètres du modèle, induite par la modélisation imbriquée, est modélisée de façon rigoureuse grâce à la théorie des copules. Puis, deux méthodes d’analyse de sensibilité adaptées aux modèles à paramètres d’entrée corrélés sont présentées : l’une est basée sur l’analyse de la distribution de la réponse du modèle, l’autre sur la décomposition de la covariance. Enfin, un cadre de travail inspiré de la théorie des graphes est proposé pour la description de l’imbrication des modèles. La méthodologie proposée est appliquée à des exemples industriels d’envergure : un modèle multiéchelles de calcul des propriétés mécaniques du béton par une méthode d’homogénéisation et un modèle multiphysique de calcul de dommage sur la culasse d’un moteur diesel. Les résultats obtenus fournissent des indications importantes pour une amélioration significative de la performance d’une structure. / This thesis is a contribution to the nested modelling of complex systems. A global methodology to quantify uncertainties and their origins in a workflow composed of several models that can be intricately linked is proposed. This work is organized along three axes. First, the dependence structure of the model parameters induced by the nested modelling is rigorously described thanks to the copula theory. Then, two sensitivity analysis methods for models with correlated inputs are presented : one is based on the analysis of the model response distribution and the other one is based on the decomposition of the covariance. Finally, a framework inspired by the graph theory is proposed for the description of the imbrication of the models. The proposed methodology is applied to different industrial applications : a multiscale modelling of the mechanical properties of concrete by homogenization method and a multiphysics approach of the damage on the cylinder head of a diesel engine. The obtained results provide the practitioner with essential informations for a significant improvement of the performance of the structure.

The thesis focus on the modularity of metabolic network and foremost on the architecture of regulatory network representing direct regulatory interactions between metabolites and enzymes. I focus on the "modularity measure" in my first work. Modularity measure is quantitative measure of network modularity commonly used for module identification. It was showed that algorithms using this measure can produce modules that are composed of two clearly pronounced sub-modules. Maximum size of module for which there is a risk that is is composed of two sub-modules is called resolution limit of modularity measure. In my first work I generalize resolution limit of modularity measure. The generalized version provide insight to the origin of resolution limit in the null-model used by modularity measure. Moreover it is showed that the risk of omitting of sub-modular structures applies for bigger modules than mentioned in the original publication. The second work is focused on the question how does the modular structure of E. coli metabolic network change if we add regulatory interactions. I find that the modularity of modular core of network slightly increase after regulatory edges addition. The modularity increase is significant with respect to randomized ensemble of regulatory networks. Identified modules...

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique. / Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future.

Marine protected areas (MPAs) are important conservation tools that can support the resilience of marine ecosystems. Many countries, including Canada, have committed to protecting at least 10% of their marine areas under the Convention on Biological Diversity’s Aichi Target 11, which includes connectivity as a key aspect. Connectivity, the movement of individuals among habitats, can enhance population stability and resilience within and among MPAs. This thesis aimed to understand regional spatial patterns of marine ecological connectivity, specifically through the mechanism of adult movement, and how these patterns may be affected by climate change. I used the Northern Shelf Bioregion in British Columbia, Canada, as a case study for four objectives: (1) evaluate potential connectivity via adult movement for the entire bioregion, using habitat proxies for distinct ecological communities; (2) assess potential connectivity via adult movement among existing and potential MPAs, using the same habitat proxies; (3) model potential connectivity via adult movement among marine protected areas for two focal species (Metacarcinus magister and Sebastolobus alascanus) and predict how this interconnectedness may shift based on projected ocean temperature changes; and (4) contribute the results of these analyses to the MPA technical team’s ongoing planning process so that connectivity may be considered in the implementation of a new MPA network in the bioregion. This thesis developed an approach to assess and design MPA networks that maximize inferred connectivity within habitat types for adult movement when ecological data are limited. It applied least-cost theory and circuit theory to model MPA suitability and interconnectedness, finding that these are projected to decrease for Sebastolobus alascanus but increase for Metacarcinus magister. I showcased some methods that may be used in MPA design and evaluation, with lessons for other contexts. Importantly, this thesis informed an ongoing MPA planning process, enabling ecological connectivity to be considered in the establishment of a new MPA network in the bioregion. Overall, this work provided examples for incorporating connectivity and climate change into MPA design, highlighting what is possible even when data are limited. / Graduate

L'Internet des objets (IoT) fait référence à la croissance continue des réseaux d'objets du quotidien qui s'interconnectent entre eux ou avec d'autres systèmes Internet via les capteurs sans fil qui y sont attachés. L'IoT promet un futur où des milliards de terminaux intelligents seront connectés et gérés via une gamme de réseaux de communication et de serveurs basés dans le cloud, permettant ainsi l'apparition d'un large spectre d’applications de surveillance et de contrôle. Les communications machine-à-machine (M2M), également connues sous le nom de “Machine-Type-Communication” (MTC) par les réseaux cellulaires, constituent une technologie clé permettant d'activer partiellement l'IoT. Les communications M2M sont un nouveau paradigme qui facilite la connectivité omniprésente entre une myriade de dispositifs sans ou avec intervention humaine limitée. La demande croissante de connectivité a mis au défi les opérateurs de réseau à concevoir de nouveaux algorithmes d'allocation de ressources radio pour gérer l'échelle massive des communications MTC.Contrairement aux technologies d'accès radio traditionnelles, adaptées aux communications usuelles, dites de humain-à-humain (H2H), l'objectif de cette thèse est de développer de nouvelles techniques de partage de ressources radio efficaces et adaptatives pour les MTC dans un scénario de coexistence H2H/M2M. Dans le cadre de cette thèse, notre première contribution consiste en la proposition d'un système d'accès multiple adapté pour résoudre à la fois les problèmes liés à la rareté des ressources radio, à la scalabilité et à la surcharge de la station de base (BS). À cette fin, nous proposons de décomposer les opérations de communication en les groupant. Ainsi, les MTC correspondent à des communications locales en liaison montante entre des dispositifs connus sous le nom de “Machine-Type-Device” (MTD), et un cluster head appelé “Machine-Type- Head” (MTH). Nous examinons ainsi la nécessité d'agréger la technologie M2M et le “dispositif-à-dispositif” (D2D), considéré comme composante majeure des réseaux cellulaires évolutifs du futur. Nous modélisons le problème de partage de ressources radio entre les MTDs et les utilisateurs H2H sous la forme d’un graphe biparti et développons un algorithme de partage de ressources radio pour MTC basé sur les graphes afin d’atténuer les interférences co-canal et donc améliorer l'efficacité du réseau. En outre, une solution semi-distribuée de faible complexité est développée pour atténuer la surcharge de communication d'une solution centralisée que nous proposons également. Ensuite, dans une deuxième contribution de cette thèse, nous nous intéressons à examiner comment les dispositifs M2M peuvent partager les ressources radio disponibles sans pour autant dégrader les performances des applications H2H. Par conséquent, nous proposons un système de partage de ressources efficace en terme de spectre et de puissance. Nous introduisons à l'algorithme de partage de ressources radio basé sur les graphes une fonction adaptative de contrôle de puissance utilisant l'un des deux mécanismes suivants : un contrôleur proportionnel intégral dérivé (PID) et la logique floue. Enfin, comme troisième contribution de cette thèse, nous développons un système de partage de ressources radio efficace en terme de puissance et entièrement distribué pour les MTC. Nous utilisons la théorie des jeux et modélisons le problème de partage de ressources par un jeu hybride où les dispositifs M2M rivalisent pour les ressources radio et basculent de façon opportuniste entre un jeu non-coopératif et un jeu coopératif. Une évaluation des performances des solutions dérivées dans le contexte des réseaux LTE est menée. Les résultats des simulations montrent que les solutions proposées ont un impact significatif sur la maximisation de l'efficacité de l'utilisation du spectre, l'atténuation de l'effet négatif sur les services H2H et la prolongation de la durée de vie des batteries des MTDs / The Internet-of-Things (IoT) refers to the ever-growing network of everyday objects that interconnect to each other or to other Internet-enabled systems via wireless sensors attached to them. IoT envisions a future where billions of smart devices will be connected and managed through a range of communication networks and cloud-based servers, enabling a variety of monitoring and control applications. Machine-to-Machine (M2M) communications supported by cellular networks, also known as Machine-Type-Communications (MTC) acts as a key technology for partially enabling IoT. M2M communications is a new technology paradigm that facilitates the ubiquitous connectivity between a myriad of devices without requiring human intervention. The surge in the demand for connectivity has further challenged network operators to design novel radio resource allocation algorithms at affordable costs to handle the massive scale of MTC.Different from current radio access technologies tailored to traditional Human- to-Human (H2H) communications, the goal of this thesis is to provide novel efficient and adaptive radio resource sharing schemes for MTC under a H2H/M2M coexistence scenario. We first provide a suitable multiple access scheme to address the joint spectrum scarcity, scalability and Base Station (BS) overload issues. Toward this end, we design a group-based operation where MTC corresponds to local uplink communications between Machine-Type-Devices (MTDs), which represent a specific type of devices that do not rely on the presence of a human interface, and a Machine-Type-Head (MTH). This latter plays the role of a cluster head that relays the information to the BS. We thus address the need to aggregate M2M and Device-to-Device (D2D) technology, as one of the major components of the future evolving cellular networks. Having said that, we first propose in this thesis to model the radio resource sharing problem between MTDs and H2H users as a bipartite graph and develop a novel interference-aware graph-based radio resource sharing algorithm for MTC so as to mitigate the co-channel interference and thus enhance network efficiency. Moreover, low-complexity semi-distributed solution is investigated to alleviate the communication overhead of a centralized solution that we propose as well. Then, as a second contribution, we examine how M2M devices can share the available radio resources in cellular networks with no or limited impact on existing H2H services. Consequently, we propose a joint spectrally and power efficient radio resource sharing scheme. Convinced by the strength of the bipartite graph modeling for the resource sharing problem between H2H users and M2M devices, we empower the graph-based radio resource sharing algorithm with a novel adaptive power control feature using one of two following mechanisms: the Proportional Integral Derivative (PID) controller and the fuzzy logic. Finally, in our third contribution of this thesis, we develop a power efficient and fully-distributed radio resource sharing framework for MTC underlying cellular networks. We use game theory and model the resource sharing problem as an efficient hybrid-game where M2M devices compete for radio resources and switch opportunistically, as M2M devices are selfish in nature, between non-cooperative and cooperative games. The different derived solutions are extended to existing cellular networks, and extensive simulation studies in the context of LTE are conducted. The various simulation results show that the proposed solutions can significantly increase the efficiency of the spectrum usage, mitigate the negative effect on H2H services and save the battery life of M2M devices

La fabrication additive (FA) a initié un changement de paradigme dans le secteur de la conception et de la fabrication des produits grâce à ses capacités uniques. Cependant, l'intégration des technologies de fabrication additive dans la productique traditionnelle doit permettre d'assurer une production fiable et une qualité reproductible des pièces. Dans cette optique, la modélisation et la simulation jouent un rôle essentiel pour améliorer la compréhension de la nature complexe et multi-physique des procédés de fabrication additive. De plus, l’intégration simultanée de différents modèles multi-physiques et de la prise en compte du procédé utilisé et de la pièce constituent toujours un défi pour la modélisation de ces technologies. L’objectif final de cette recherche est de développer et d’appliquer une approche de modélisation permettant une modélisation intégrée de la fabrication additive. Cette thèse analyse le processus de développement du produit et présente une méthodologie innovante intitulée ‘Dimensional Analysis Conceptual Modeling’ (DACM) pour modéliser les produits et les procédés de fabrication aux différentes étapes de conception. La méthode a été développée pour permettre la simulation de modèles multi-physiques. Elle intègre également une recherche systématique de faiblesses et de contradictions dans une première évaluation des solutions potentielles au problème. La méthodologie développée est appliquée dans plusieurs études de cas afin de présenter des modèles intégrant les processus de fabrication additive et les pièces à fabriquer. Les résultats montrent que la méthodologie DACM permet de modéliser distinctement et simultanément le produit et le processus de fabrication. Cette méthodologie permet aussi d'intégrer les modèles théoriques et expérimentaux déjà existants. Elle contribue à la conception pour la fabrication additive et aide le concepteur à anticiper les limites des procédés et de la conception plus tôt dans les premières étapes de développement du produit. En particulier, cela permet de prendre les bonnes décisions selon les différentes possibilités d'optimiser la conception des pièces et le paramétrage des machines de fabrication additive pour aboutir à la solution la plus adaptée. La méthode permet également de détecter la nécessité de reconcevoir des machines existantes en détectant les faiblesses de celles-ci. Cette thèse montre que la méthode DACM peut être potentiellement utilisée comme une approche de méta-modélisation pour la fabrication additive.Mots-clés: Fabrication Additive, Conception Pour la Fabrication Additive, Modélisation Intégrée, Développement de Produit, Dimensional Analysis Conceptual Modeling Framework / Additive manufacturing (AM) has created a paradigm shift in product design and manufacturing sector due to its unique capabilities. However, the integration of AM technologies in the mainstream production faces the challenge of ensuring reliable production and repeatable quality of parts. Toward this end, Modeling and simulation play a significant role to enhance the understanding of the complex multi-physics nature of AM processes. In addition, a central issue in modeling AM technologies is the integration of different models and concurrent consideration of the AM process and the part to be manufactured. Hence, the ultimate goal of this research is to present and apply a modeling approach to develop integrated modeling in additive manufacturing. Accordingly, the thesis oversees the product development process and presents the Dimensional Analysis Conceptual Modeling (DACM) Framework to model the product and manufacturing processes at the design stages of product development process. The Framework aims at providing simulation capabilities and systematic search for weaknesses and contradictions to the models for the early evaluation of solution variants. The developed methodology is applied in multiple case studies to present models integrating AM processes and the parts to be manufactured. This thesis results show that the proposed modeling framework is not only able to model the product and manufacturing process but also provide the capability to concurrently model product and manufacturing process, and also integrate existing theoretical and experimental models. The DACM framework contributes to the design for additive manufacturing and helps the designer to anticipate limitations of the AM process and part design earlier in the design stage. In particular, it enables the designer to make informed decisions on potential design alterations and AM machine redesign, and optimized part design or process parameter settings. DACM Framework shows potentials to be used as a metamodeling approach for additive manufacturing.

L’objet de cette thèse est de traiter l’innovation technologique duale en proposant une approche systémique du concept de dualité et en développant une méthodologie d’évaluation du potentiel dual des technologies. Le travail empirique repose sur l’analyse systématique de la production de connaissances au sein des grandes entreprises ayant une activité de défense. La première partie traite des transferts technologiques entre la sphère civile et la sphère de défense. Le concept de dualité y est abordé au travers du Système Dual d’Innovation (SDI) qui embrasse dans un cadre cohérent l’ensemble des composantes de la dualité (technologique, mais aussi organisationnelle et marchande, etc.). L’étude de la diffusion de la connaissance au sein du SDI permet de mesurer le potentiel dual des technologies. Dans la seconde partie, ce cadre d’analyse est appliqué aux plus grandes entreprises innovantes du domaine de la défense. L’analyse des portefeuilles de brevets de ces firmes révèle des interdépendances qui défissent des ensembles de connaissances synergétiques nommés Systèmes de Connaissances Technologiques (SCT). C’est le potentiel dual des 26 SCT ainsi définis qui est évalué par la suite à l’aide des outils de la cohérence technologique d’une part et ceux de la dominance économique d’autre part. / The purpose of this thesis is the treatment of technological innovation with a systemic approach of the concept of duality and a methodology for evaluating the dual-use potential of technologies. The empirical work is based on the systematic analysis of the knowledge production within large companies with a defense activity. The first part deals with technological transfers between the civil area and the defense area. The concept of duality is looked through the Dual Innovation System (DIS), which embraces in a coherent framework all the components of duality (technological, but also organizational and market, etc.). The study of knowledge diffusion within the SDI allows the assessment of dual-use potential of technologies. In the second part, this framework of analysis is applied to the largest innovative companies in the field of defense. The analysis of the patent portfolios of these firms reveals the interdependencies that define the synergistic knowledge sets known as Technological Knowledge Systems (TKS). It is the dual-use potential of the 26 SCT as defined, which is subsequently evaluated using technological coherence tools and those of economic dominance.