La comparaison, à différents niveaux (systèmes de villes, villes, quartiers), de l'organisation spatiale et hiérarchique des systèmes urbains dans le monde fait apparaître des propriétés universelles (loi rang-taille, structure centre-périphérie des villes, etc.) mais également une grande variété de formes (répartition des populations, densités, prix, activités, etc.). Si les théories évolutionnaires urbaines et celles d'économie spatiale offrent des schémas explicatifs de cette émergence de formes, les modèles qui en sont issus se sont jusqu'à présent focalisé sur un seul niveau d'organisation spatiale, qu'il soitintra ou inter-urbain. Dans une optique d'aménagement durable, il est crucial de disposer de modèles permettant de raisonner sur les inter-dépendances qu'entretiennent ces niveaux d'organisation du peuplement. Cette thèse présenteune famille de modèles entités-centrés et d'outils dédiés à l'étude de cette problématique par la simulation à base d'agents. Ils s'inscrivent dans le projet Simpop et sont mis en oeuvre sur la comparaison des morphogenèses urbaines en Europe et aux Etats-Unis, sur la période 1800-2000. Ils incluent notamment le simulateur simpopNano, accompagné d'un environnement modulaire construit autour d’un SIG pour une exploitation systématique, intelligente et collective de modèles spatiaux. Ensemble, ils confortent l'idée que la seule différence des maillages des réseaux viaires des villes suffit à exprimer des répartitions spatiales plus diffuses sur les grilles américaines que sur les plans radioconcentriques européens. Ce modèle intra-urbain est ensuite articulé avec le modèle de systèmes de villes Simpop2 dans un modèle multi-niveaux. / The multilevel comparison of spatial and hierarchical organisations of urban systems over the world highlights some universal properties (rank-size law, center-periphery structure) but also a variety of more specific patterns (in terms of spatial repartition of populations, densities, prices, activities, etc.). The spatial economy and the urban evolutionnary theory both offer explanations of the emergence of such patterns, but the simulation models they support generally consider one level of spatial organisation only. Understanding and reconstructing those levels' interdependancies is a crucial issue for long-term sustainable urban planning. This thesis presents a set of models and tools that are dedicated to the study of this question through agent-based simulation. They have been developed in the context of the Simpop project, and particulary focus on the comparison of the morphogenesis of urban systems in Europe and in the United States over the period 1800-2000. These tools include the simpopNano agent-based model, and some experimentation modules integrated in an extensible, generic, GIS-based platform dedicated to a systematic, collective and intelligent exploration of spatial simulation models. Together, they reinforce the idea that difference of topology of the streets networks could be sufficient to generate some more diluted spatial repartitions, as observed in US cities when compared to european ones. This intra-urban model is then articulated with an inter-urban one, Simpop2, in a multilevel model. The latter serves to engage a comparison among a variety of approaches in agent-based simulation for coupling models of various levels of abstraction.

Les éponges (Porifera) sont l'une des premières lignées d'animaux à avoir émergé. De ce fait, elles sont considérées comme des espèces clés pour retracer l’origine et l'évolution des gènes et des voies de signalisation qui ont sous-tendu l'apparition de la pluricellularité chez les métazoaires. Entre autres, les voies Wnt ont été décrites comme des cascades génétiques essentielles du control de nombreux mécanismes cellulaires (prolifération, communication, adhésion, motilité, etc.) au cours du développement précoce des bilatériens et des cnidaires. C’est pourquoi, l'étude de ces voies, chez les lignées d’émergences plus anciennes sont essentielles afin de comprendre l'origine des plans d’organisation des animaux.J’ai alors entrepris de nombreuses analyses bioinformatiques sur différentes bases de données d’éponges. Il apparait alors que l’ancêtre commun des éponges possédait déjà certainement tous les composants des voies Wnt. Néanmoins, à ce jour, puisque l’intégralité de ces composants n’a été identifiée que dans le genre Oscarella (lignée des Homoscleromorpha), différentes pertes secondaires sembleraient s’être produites chez les démosponges, les éponges calcaires et les hexactinellides. Afin de tester si ces gènes orthologues sont impliqués dans la mise en place du plan d’organisation des éponges, des études fonctionnelles ont été mises en œuvre. Ces approches fonctionnelles réalisées sur deux lignées d’éponges différentes tendent alors à confirmer la conservation des voies de signalisation Wnt dans les processus de mise en place des plans d’organisation des animaux, à la fois au cours de l'embryogenèse mais aussi lors du renouvellement cellulaire chez l'adulte. / Sponges (Porifera) are one of the earliest emerged animal lineages. They are thus considered as key species to retrace early evolution of genes and pathways underlying the emergence of multicellularity in metazoans. Among others, the Wnt pathways have been described as crucial modules controlling cell proliferation, cell communication, cell adhesion and cell motility during the early development of Bilaterians and Cnidarians. Therefore the study of these signaling pathways in more basally branching lineages is essential for unraveling the origin of animal body plans. I performed numerous bioinformatic analyses on different poriferan databases. One of my main results is that the last common ancestor of Porifera probably already possessed all the components of the Wnt pathways. Nevertheless, because, to date, all these components were only retrieved in the Oscarella genus (Homoscleromorpha lineage), several secondary gene losses would have occurred in other sponge lineages, namely Demospongia, Calcarea and Hexactinellida.In order to test whether or not these retrieved orthologous genes, are involved in patterning sponge body plan (as they do in Bilateria and Cnidaria), functional studies were implemented. These functional studies performed on two different lineages tend to confirm that Wnt signaling pathways were conserved from sponges to vertebrates to pattern animal body plan during both embryogenesis and cell renewal in adult.

La comparaison, à différents niveaux (systèmes de villes, villes, quartiers), de l'organisation spatiale et hiérarchique des systèmes urbains dans le monde fait apparaître des propriétés universelles (loi rang-taille, structure centre-périphérie des villes, etc.) mais également une grande variété de formes (notamment en termes de répartition des populations, densités, prix, activités). Si la théorie évolutionnaire urbaine et celles d'économie spatiale offrent des schémas explicatifs de cette émergence de formes, les modèles qui en sont issus se sont jusqu'à présent focalisé sur un seul niveau d'organisation spatiale, qu'il soit intra- ou inter-urbain. Dans une optique d'aménagement durable, il est important de disposer de modèles permettant de raisonner sur les inter-dépendances qu'entretiennent ces niveaux d'organisation du peuplement. Cette thèse présente une famille de modèles entités-centrés et d'outils dédiés à l'étude de cette problématique par la simulation à base d'agents. Ils s'inscrivent dans le projet Simpop et sont mis en oeuvre sur la comparaison des morphogenèses urbaines en Europe et aux Etats-Unis, sur la période 1800-2000. Ils incluent notamment le simulateur simpopNano, accompagné d'un environnement modulaire construit autour d'un SIG pour une exploitation systématique, intelligente et collective de modèles spatiaux. Ensemble, ils confortent l'idée que la seule différence des maillages des réseaux viaires des villes suffit à exprimer des répartitions spatiales plus diffuses sur les grilles américaines que sur les plans radioconcentriques européens. Ce modèle intra-urbain est ensuite articulé avec le modèle de systèmes de villes Simpop2 dans un modèle multi-niveaux, inter et intra-urbain. Il est le point d'ancrage d'une comparaison d'approches dédiées à l'intégration de modèles dynamiques associés à différents niveaux d'abstraction.