L'objectif de cette thèse est d'étudier l'interdépendance des ressources scolaires et des ressources individuelles dans la production du capital humain. À travers trois cas d'études sur données françaises, différentes méthodes sont proposées pour analyser l'effet des politiques éducatives tout en tenant compte des comportements des individus. Le premier chapitre montre que les politiques d'éducation prioritaire sont susceptibles de conduire les familles, notamment les plus avantagées socialement, à contourner les établissements traités. Ces stratégies d'évitement sont de nature à contrebalancer les effets des moyens supplémentaires sur les résultats des élèves. Le deuxième chapitre cherche à savoir si les choix d'orientation des élèves sont contraints par J'offre scolaire locale. Nous montrons que l'ouverture d'un nouveau lycée augmente la proportion d'élèves qui poursuivent leurs études dans le second cycle, notamment en voie professionnelle. Enfin, le troisième chapitre montre que les étudiants tiennent compte de l'information contemporaine dont ils disposent sur leurs notes lorsqu'ils évaluent les qualités pédagogiques de leurs enseignants. / The main objective of this thesis is to study the interdependence of school resources and individual resources in human capital production. In three empirical analyses using French data, various methods arc proposed to evaluate the impact of educational policies, taking individual behaviors into account. The first chapter shows that compensatory education policies may result in individual sorting. The fact that socially more advantaged families tend to avoid treated schools cancels out additional resources positive effects on academic achievement. The second chapter examines whether pupils are constrained by local school supply. We find that opening a new high school increases the proportion of pupils who continue in upper secondary education, particularly in a vocational track. Studying how students evaluate teaching, the third chapter shows that they take contemporaneous information about their grades into account when they evaluate teachers' pedagogical qualities.

La baleine bleue Antarctique, Balaenoptera musculus intermedia, est en danger critique d’extinction depuis la chasse baleinière intensive du 20e siècle. L’état de ses populations et leur écologie restent encore mal connus. En raison de l’inefficacité des observations visuelles, la surveillance par acoustique passive est privilégiée pour étudier cette espèce vocalement très active. Cette thèse porte sur l’analyse de 7 ans de surveillance acoustique passive dans l’océan Indien austral, région d’habitat et de migration particulièrement importante pour la baleine bleue Antarctique. Déployé depuis 2010 sur une aire de près de 9 000 000 km2, le réseau d’hydrophones OHASISBIO fournit une base de données acoustiques multi-site et pluri-annuelle. L’application d’un algorithme de détection automatique des vocalisations de baleines bleues Antarctique, préalablement testé et validé, a permis d’établir les patrons géographiques et saisonniers de présence de l’espèce au sein du réseau. L’analyse systématique de ces vocalisations a également permis de caractériser des variations intra- et inter-annuelles de leur fréquence, affectée par une décroissance long-terme et des modulations saisonnières. L’analyse préliminaire de signatures vocales d’autres espèces présentes dans le réseau - rorquals communs et trois populations de baleines bleues pygmées – a révélé des variations de fréquence similaires de leur vocalisation et permis d’esquisser leurs patrons géographiques et saisonniers. Enfin, deux vocalisations, jusqu’alors non décrites, aux caractéristiques semblables à celles de baleines bleues, ont été identifiées et caractérisées. / The Antarctic blue whale, Balaenoptera musculus intermedia, is currently critically endangered since the commercial whaling in the 20th century. The population recovery of this species, as well as its ecology, are still poorly known. Due to the ineffectiveness of visual observations, passive acoustics is a preferred method to monitor this highly vocal species. This dissertation presents an analysis of 7 years of passive acoustic monitoring in the southern Indian Ocean, known as a particularly important area of habitat and migration for the Antarctic blue whale. Deployed since 2010 over an area of about 9,000,000 km2, the OHASISBIO hydrophone network provides a multi-site and multi-year acoustic database. An algorithm for the automated detection of Antarctic blue whale calls, first tested and validated, has been applied to characterize the seasonal and geographic patterns of the species presence in the study area. The systematic analysis of these vocalizations also allowed to characterize intra- and inter-annual variations of their frequency, with a long-term decline and seasonal variations. A preliminary analysis of other vocal signatures recorded by the network, from 3 populations of pygmy blue whales and fin whales, highlighted similar variations of their frequencies and outlined their geographic and seasonal patterns of presence in the area. Finally, two previously undescribed vocalizations, with characteristics close to that of blue whale calls, were identified and characterized.

La thématique centrale de cette thèse, située à l’interface entre macroécologie et macroévolution, consiste en l’analyse des dynamiques spatio-temporelles de distribution des ammonites du Pliensbachien inf. de la Téthys de l’Ouest. Deux problématiques sont abordées : comment la similarité compositionnelle des assemblages décroît-elle avec la distance géographique? Quel est le lien entre la taille des aires de répartition des espèces et leur phylogénie, leur durée de vie, et leur position latitudinale?Grâce à une analyse des relations de SDD, nous montrons que plus l’environnement est homogène, plus les ammonites se dispersent librement ; et que leur dispersion sur de grandes distances n’est pas liée à leur morphologie, ce qui suggère qu’elle se faisait essentiellement via une dérive planctonique aux cours des stades juvéniles.Notre étude de l’étendue de la répartition des ammonites révèle que cette caractéristique n’est ni stable, ni propre à un clade. Son héritabilité phylogénétique dépend de la stabilité spatio-temporelle de l’environnement et varie selon l’estimateur de répartition et l’intervalle de temps considérés, et entre des espèces d’un même groupe contemporaines les unes des autres. De plus, l’étendue de répartition n’a pas d’effet sur la durée de vie des espèces. Cette absence de corrélation semble prévaloir chez les ammonoïdes, ce groupe étant connu pour présenter de grandes aires de répartition associées à des courtes durées de vie. Enfin, les étendues latitudinales des ammonites étudiées tendent à être maximales aux basses latitudes et augmentent des moyennes vers les hautes latitudes, conformément à la Règle de Rapoport. Ceci suggère qu’elles étaient vraisemblablement température-dépendantes et qu’un gradient de température des eaux existait au Pliensbachien inf. dans la province NW européenne. / The present work, which lies between macroecology and macroevolution, focuses on the spatio-temporal dynamics of early Pliensbachian ammonites of the western Tethys. Two main questions are addressed: how does inter-assemblage compositional similarity decrease with geographical distance? What is the relationship between species range size and phylogeny, species duration and latitudinal position?Ammonite dispersal dynamics are studied through a multi-scale Similarity Distance Decay analysis. We show that their long-distance dispersal is facilitated when the environment is more homogeneous and that it is not related to their morphology. This suggests that their long-distance dispersal occurred essentially through a passive planktonic drift during the first juvenile stages.We also show that ammonite geographical range size is neither stable, nor clade-specific. Indeed, its phylogenetic heritability depends on the spatio-temporal stability of the environment and it varies according to the range variable chosen, the temporal interval considered, and among contemporary species of the same group. Furthermore, the size of their geographical range has no effect on species duration. In fact, this lack of correlation seems to prevail among ammonoids, as this group is well-known for showing both large geographical distributions and short species durations. Finally, species latitudinal ranges tend to be maximal at low latitudes and to increase from middle to high latitudes during the early Pliensbachian, in accordance with the Rapoport’s rule. This suggests that these ammonites were probably temperature-dependent and that a latitudinal gradient of sea-surface temperature occurred in the NW European province during the early Pliensbachian.

Les invasions biologiques, deuxième cause de perte de biodiversité à l’échelle mondiale, représentent un risque majeur auquel nos sociétés doivent faire face. On parle d’invasion biologique lorsque des activités humaines permettent à une espèce de franchir des barrières qui jusqu’alors limitaient sa dispersion ou sa multiplication, entrainant une explosion géographique et démographique de l’espèce dans un nouvel écosystème et s’accompagnant éventuellement d’impacts économiques, sociétaux ou écologiques. La façon la plus efficace et la moins coûteuse de limiter les impacts causés par les espèces envahissante et de les prévoir en amont afin de mettre en place des mesures de prévention ciblées et efficaces et d’essayer de les éviter.L’objectif de cette thèse est de démontrer qu’il est possible d’améliorer la prédiction des invasions biologiques en développant et combinant différentes approches de modélisation de façon innovante. Les questions posées sont de savoir s’il est possible de prévoir quelles pourraient-être ces espèces, où elles pourraient devenir envahissantes et quels impacts elles pourraient avoir. Toutes les méthodes développées dans cette thèse ont été appliquées à des hyménoptères sociaux ; nombreuses espèces de fourmis (famille des Formicidés) ou frelon asiatique (famille des Vespidés, vespa Velutina nigrithorax), mais elles sont généralisables et réutilisables pour tout autre taxa.Je montre dans cette thèse qu’il est possible de développer un outil statistique de détection des espèces risquant de devenir envahissantes. J’applique cet outil aux fourmis, je fournis une liste de 15 espèces de fourmis risquant de devenir envahissantes à travers le monde et je cartographie les zones du globe risquant d’être envahies par ces espèces. Chacun des continents est menacée par au moins une de ces invasions potentielles. Dans un deuxième temps, je mets au point d’un cadre méthodologique permettant d’améliorer les prédictions d’aires de distribution des espèces en combinant leurs exigences climatiques et d’habitat, tout en respectant l’échelle géographique à laquelle ces facteurs agissent sur la distribution des espèces. J’applique cette méthode au frelon asiatique, ce qui me permet d’identifier les habitats qui lui sont les plus favorables et d’utiliser ces informations pour raffiner la prédiction de son aire favorable. En combinant le climat et l’habitat, je prédis une aire potentielle de distribution 56% plus restreinte par rapport aux estimations basées sur le climat uniquement. Enfin, dans un troisième temps, je m’intéresse au développement d’une méthode permettant de prédire spatialement les impacts causés par une invasion biologique. Pour ce faire, je prédis d’abord l’abondance potentielle du frelon asiatique en France. Je couple ensuite cette prédiction avec des données de présence de ruches et un modèle présidant l’impact du frelon asiatique sur la survie des colonies d’abeilles. J’estime enfin que cette invasion peut conduire à l’effondrement de 41% des colonies d’abeilles domestiques en France.Cette thèse met en lumière l’utilité d’intégrer la modélisation dans la construction du savoir autour des invasions biologiques, approche relativement nouvelle dans ce champ disciplinaire. De plus, elle illustre comment la modélisation et l’élaboration de prédictions peuvent aider à objectiver la prise de décision concernant la gestion des espèces envahissantes et optimiser leur efficacité en ciblant les habitats, les régions et les espèces d’action prioritaires. / Biologicals invasions, the second cause of biodiversity loss worldwide, represent a major threat that our societies have to face. Invasive species correspond to species that, due to human activities, cross geographic and reproduction barriers and expand into new areas in large numbers. This spread into new ecosystems may have severe socio-economic or ecological impacts. The most efficient way to limit these impacts is to predict and avoid biological invasions before they occur by setting up appropriate management plans.The aim of this PhD thesis is to demonstrate that existing predictive models can be further developed and combined together to improve biological invasion predictions. All of the methods developed in this thesis have been applied to social Hymenoptera: ant species (Formicidae) and the Asian hornet (Vespa velutina nigrithorax), but they are generalizable to any other taxa. The questions asked are: can we predict future invader species? Can we improve the spatial predictions of their distribution? Can we predict invasive species impact?First, I show in this thesis that it is possible to develop a model that detects future invasive species, even before they have had the chance to be moved outside their native range. I apply this screening tool to more than 2000 ant species, provide a list of the 15 ant species that are highly likely to become invasive and map their global suitability to highlights the area the most at risk from these invasions. All continents are threatened by at least one of these potential invasions. Second, I set up a methodological framework to improve species distribution predictions by combining multi-scale drivers. I apply this method to the invasive Asian hornet, identify its high affinity habitats, and use this information to refine suitability maps. I show that integrating multiple drivers, while still respecting their scale of effect, produced a potential range 55.9% smaller than that predicted using a climatic model alone. Finally, I propose a method to predict invasive species impacts in a spatially explicit way and I apply it to the estimate the Asian hornet’s impact on honeybee colonies in France. To do so, I estimate the Asian hornet nest density across France and combine it with an agent-based hive model to estimate honeybee mortality risk. I show that up to 41% of the honeybee colonies are likely to collapse due to the Asian hornet.Overall, these studies demonstrate how modelling techniques can provide valuable inputs to improve invasive species management decision by offering tools to optimize prevention strategies and target areas, species or habitats where action is needed in priority. Biological invasions involve our scientific, political and cultural perceptions in an intricate way; this PhD thesis highlights the usefulness of bringing together modelling techniques and the rest of biological invasion knowledge to better grasp invasion science complexity.

MEnvSC / Department of Ecology and Environmental Science

Title: Algebraic Error in Matrix Computations in the Context of Numerical Solution of Partial Differential Equations Author: Jan Papež Department: Department of Numerical Mathematics Supervisor: prof. Ing. Zdeněk Strakoš, DrSc., Department of Numerical Mathe- matics Abstract: Solution of algebraic problems is an inseparable and usually the most time-consuming part of numerical solution of PDEs. Algebraic computations are, in general, not exact, and in many cases it is even principally desirable not to perform them to a high accuracy. This has consequences that have to be taken into account in numerical analysis. This thesis investigates in this line some closely related issues. It focuses, in particular, on spatial distribution of the errors of different origin across the solution domain, backward error interpretation of the algebraic error in the context of function approximations, incorporation of algebraic errors to a posteriori error analysis, influence of algebraic errors to adaptivity, and construction of stopping criteria for (preconditioned) iterative algebraic solvers. Progress in these issues requires, in our opinion, understanding the interconnections between the phases of the overall solution process, such as discretization and algebraic computations. Keywords: Numerical solution of partial...

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Controls on denudation in the eastern Bolivian Andes are evaluated by synthesis of new and existing denudation estimates from basin-morphometry, stream - powered fluvial incision, landslide mapping, sediment flux, erosion surfaces, thermochronology, foreland basin sediment volumes, and structural restorations. Centered at 17.5 °S, the northeastern Bolivian Andes exhibit high relief, a wet climate, and a narrow fold- thrust belt. In contrast, the southeastern Bolivian Andes have low relief, a semi-arid climate, and a wide fold-thrust belt. Basin -morphometry indicates a northward increase in relief and relative denudation. Stream-power along river profiles shows greater average incision rates in the north by a factor of 2 to 4. In the south, profile knickpoints with high incision rates are controlled by fold-thrust belt structures such as the surface expressions of basement megathrusts, faults, folds, and lithologic boundaries. Landslide and sediment-flux data are controlled by climate, elevation, basin morphology, and size and show a similar trend; short -term denudation-rate averages are greater in the north (1- 9 mm/yr) than the south (0.3-0.4 mm/yr). Long-term denudation-rate estimates including fission track, basin fill, erosion surfaces, and structural restorations also exhibit greater values in the north (0.2-0.8 mm/yr) compared to the south (0.04-0.3 mm/yr). Controls on long-term denudation rates include relief, orographic and global atmospheric circulation patterns of precipitation, climate change, glaciation, and fold-thrust belt geometry and kinematics. The denudation synthesis supports two conclusions: 1) denudation rates have increased towards the present 2) an along-strike disparity in denudation (greater in the north) has existed since at least the Miocene and has increased towards the present. Denudation rates and controls suggest that Bolivian mountain morphology is controlled by both its orientation at mid-latitude, and the feedbacks between uplift, kinematics, orographic effects on precipitation, glaciation, and the increased erosion that accompanies orogenesis.

La recherche porte sur les patrons de distribution longitudinale (amont-aval) et transversale (rive nord - rive sud) des communautés de crustacés planctoniques qui ont été analysés le long du fleuve Saint-Laurent entre le lac Saint-François et la zone de transition estuarienne, à deux hydropériodes en mai (crue) et en août (étiage). Les données zooplanctoniques et environnementales ont été récoltées à 52 stations réparties sur 16 transects transversaux en 2006. Au chapitre 1, nous présentons les principaux modèles écosystémiques en rivière, une synthèse des facteurs influençant le zooplancton en rivières et les objectifs et hypothèses de recherche. Au chapitre 2, nous décrivons la structure des communautés de zooplancton dans trois zones biogéographiques du fleuve et 6 habitats longitudinaux, ainsi que les relations entre la structure du zooplancton et la distribution spatiale des masses d’eau et les variables environnementales. Au chapitre 3, nous réalisons une partition de la variation des variables spatiales AEM (basées sur la distribution des masses d’eau) et des variables environnementales pour évaluer quelle part de la variation du zooplancton est expliquée par les processus hydrologiques (variables AEM) et les conditions locales (facteurs environnementaux). Le gradient salinité-conductivité relié à la discontinuité fleuve-estuaire a déterminé la distribution à grande échelle du zooplancton. Dans les zones fluviales, la distribution du zooplancton est davantage influencée par la distribution des masses d’eau que par les facteurs environnementaux locaux. La distribution des masses d’eau explique une plus grande partie de la variation dans la distribution du zooplancton en août qu’en mai. / The research aims to determine the distribution patterns of crustacean plankton along the longitudinal (west-east) and transversal (north shore - south shore) axes of the St. Lawrence River between Lake Saint-François and the estuarine transition zone, during two hydroperiods in May (high discharge) and August (low discharge). The zooplankton samples and the environmental data were collected at 52 stations distributed along 16 transversal transects in 2006. In chapter 1, we present the theoretical concepts of river ecosystem models, and a synthesis on the generative processes driving zooplankton spatial patterns in rivers. We also present our research objectives and hypotheses. In chapter 2, we describe spatial patterns of the zooplankton community structure in three biogeographic zones of the St. Lawrence and 6 longitudinal habitats, together with the relationships between zooplankton spatial structure and water masses spatial distribution and environmental characteristics. In chapter 3, we perform a variation partitioning procedure on spatial variables AEM (based on water masses spatial distribution) and environmental variables in order to assess how much of the zooplankton variation is explained by hydrological processes (AEM variables) and local conditions (environmental factors). The salinity-conductivity gradient related to the fluvial-estuary discontinuity determines the large-scale spatial patterns of the crustacean zooplankton. In the fluvial zones, the zooplankton distribution patterns are more influenced by the water masses spatial structure than by local environmental factors. The spatial distribution of the water masses explained more of the spatial structure of zooplankton communities in August than in May.

Avec l’avènement de l’Empire romain au cours du premier siècle avant notre ère le Levant devient le théâtre d’un cosmopolitisme où maintes cultures hétéroclites vont coexister. Ce nouveau système a Rome comme Caput Mundi. Des voies vont être tracées par l’armée jusqu’au fin fond de l’empire pour relier le monde à sa capitale. Les fouilles préventives récentes (depuis 2005) à Berytus (Beyrouth) et à Botrys (Batroun) ont mis au jour une quantité considérable de données inédites sur l’homme et sur les populations qui vivaient dans la région durant les quatre siècles de l’Empire romain et jusqu’au début du Christianisme. À partir d’une étude archéo‐anthropologique de huit ensembles funéraires (n=290) provenant de la Colonia Julia Augusta Felix Berytus et de la ville de Botrys qui contrairement à Berytus n’a pas le statut de colonia romana, ce travail propose de contribuer à l’histoire de ces deux villes. Notre but est d’appréhender les populations du passé d’après l’étude du squelette, les caractéristiques biologiques, les rituels et les pratiques funéraires ainsi que l’organisation des espaces sépulcraux. Cette étude révèle en premier lieu un cosmopolitisme culturel et biologique illustré par la variabilité des pratiques funéraires et par la diversité biologique des deux ou plusieurs groupes qui ont dû coexister à la Colonia Julia Augusta Felix Berytus. Par contre, les données bio-culturelles de Botrys évoquent quant à elles, une cité moins cosmopolite, moins diversifiée sur les plans anthropologiques et culturels. En effet, la ressemblance des modes d’inhumation, du traitement du corps, du mobilier funéraire et la structuration de l’espace funéraire et l’homogénéité biologique sont incontestables à Botrys. En revanche, les analyses comparatives entre Berytus et Botrys ont mis en évidence une hétérogénéité biologique existante à plusieurs échelles entre les individus des deux villes. Cependant cette distance est brisée par l’homogénéité du corpus féminin des deux villes pour la période qui s'étend du IIème au IVème siècle de notre ère. / During the first century B.C., with the rise of the Roman Empire, the Levant became the scene of cosmopolitanism where many heteroclite cultures would coexist. The new cosmopolitan society had Rome as its capital (Caput Mundi), and roads drawn up by the army linking the rest of the empire to its capital. Recent rescue excavations (since 2005) in Berytus (Beirut) and Botrys (Batroun) have revealed a considerable amount of unpublished data on populations who lived in the region during the four centuries of the Roman Empire until the early centuries of Christianity. Following an archaeo-anthropological approach, this thesis presents an assessment of eight funerary sites (n= 290) from the cities of Colonia Julia Augusta Felix Berytus and Botrys. Significantly, Botrys, unlike Berytus, did not have the status of a Roman colony. This research seeks to contribute to the history of these two cities. The purpose is to understand the populations of the past through the study of the skeletons, rituals and funerary practices as well as the organisation of funerary spaces. This study primarily reveals a cultural and biological cosmopolitanism illustrated by variability in funerary practices and in biological characteristics. These results suggest that at least two different groups or more coexisted in the Colonia Julia Augusta Felix Berytus. On the contrary, the biocultural data of Botrys skeletons reveal a less cosmopolitan city with less diversity shown on different anthropological and cultural levels. Indeed, the similarity of funerary practices, body treatments, grave goods and the organisation of the funerary space and biological homogeneity are indisputable in Botrys. Comparative analysis between Berytus and Botrys highlighted an existing biological heterogeneity at different scales between individuals of both cities. However, this diversity is contradicted by the homogeneity of the females of both cities during the 2th and the 4th century A. D. / أصبح المشرق خلال القرن الاول قبل الميلاد، مع صعود الامبراطورية الرومانية، مسرحاً عالمياً تتفاعل فيه ثقافات مختلفة. ثقافات لطالما ميزت المشرق بسبب الغزوات واختلاط الشعوب منذ العصر الحجري الحديث. النظام العالمي الجديد جعل روما "عاصمة العالم" أو كما يقال باللاتينية Caput Mundi وبذلك رسم الجيش الروماني الطرق الى مختلف أصقاع الامبراطورية لتؤدي الى روما. كشفت الحفريات الوقائية و الإنقاذية الأخيرة في بيروت والبترون عن معطيات جديدة تخص الشعوب التي عاشت في المنطقة خلال القرون الأربعة من الإمبراطورية الرومانية وحتى بدايات المسيحية. تقدم رسالة الدكتوراه هذه دراسة عن الإنسان وعلاقاته مع الموت. وباتباع منهج أثري-أنثروبولوجي ستقدم تقييماً لثمان مواقع مدفنية في كولونيا جوليا أوغوستا فيليكس بيريتوس Colonia Julia Augusta Felix Berytus ومدينة البترون (ع=٢٩٠ ) والتي على عكس بيريتوس )بيروت) لم تحمل صفة مستوطنة رومانية .تقدم هذه الدراسة في المقام الأول الاطار الثقافي والبيولوجي والمشروحين بتعدد الطقوس المدفنية والاختلاف البيولوجي لمجموعتين او اكثر من المجموعات التي تعيش في كولونيا جوليا أوغوستا فيليكس بيريتوس. في المقابل المعطيات البيولوجية الثقافية في البترون تدل على أنها مدينة أقل تنوعاً ولا تحوي تنوعات انثروبولوجية وثقافية كبيرة. لذلك فإن التطابق في طرق الدفن وتحضير الموتى وأمكنة الدفن والتجانس البيولوجي هي مسائل لاجدال فيها بالنسبة للبترون. وبالمقارنة مابين بيروت والبترون من الواضح عدم التجانس البيولوجي الموجود على أكثر من صعيد فيما بين سكان المدينتين.ولكن هذا التباين مابين المدينتين مخترق من قبل تشابه الإناث في كلا المدينتين من القرن الثاني الى القرن الرابع ميلادي.