L'interférométrie sismique, tout comme l'interférométrie optique, étudie les phénomènes d'interférence entre des couples de signaux sismiques afin de mettre en évidence des différences entre ces signaux (par exemple Curtis et al. 2006). Les traitements utilisés consistent le plus souvent à corréler les enregistrements entre différents capteurs pour remonter aux fonctions de Green, (ou réponse impulsionnelle) entre ces récepteurs (par exemple, Derode et al. (2003), Wapenaar et al. (2004), Larose et al. (2006), Sanchez-Sesma et Campillo (2006)). Ce principe a déjà été appliqué avec succès dans les domaines de la sismologie (Campillo et Paul (2003)), des ultrasons (Weaver et Lobkis (2001)), de l'exploration sismique (Schuster (2001) et Wapenaar et al. (2004)), et même de l'hélio-sismologie (Duvall et al. (1993)) Dans tous ces cas, l'analyse des corrélations a conduit à une description détaillée des milieux de propagation, en l'occurrence l'intérieur de la Terre dans le cas de la sismologie. La sismique passive, par opposition à la sismique active utilisant les sources cohérentes artificielles (explosifs, canons à air, vibrateurs...), exploite les sources cohérentes naturelles (séismes...). Depuis peu la sismique passive exploite également des champs d'ondes aléatoires engendrées à des temps inconnus par une multitude de sources inconnues dans le sous-sol qui sont enregistrées à différentes positions de récepteurs. L'analyse par interférométrie sismique des enregistrements à deux capteurs permet de remonter aux fonctions de Green, ou réponse impulsionnelle, entre ces deux récepteurs (Derode et al. (2003)). Cette thèse, à vocations à la fois expérimentale et applicative, a deux buts : - vérifier au laboratoire, sur des expériences ultrasonores et avec différents types de roches, l'efficacité du monitoring de substitution de fluides par l'analyse interférométrique ultrasonore - appliquer sur le terrain les méthodes d'interférométrie sismique passive à des expériences ponctuelles de surveillance sismique passive d'exploitation du sous-sol. Ce manuscrit présente, après une synthèse bibliographique, la mise au point d'une nouvelle méthode de mesure des constantes élastiques d'un échantillon de roche (sèche ou saturée de fluide) basée sur les principes de l'interférométrie ultrasonore et de la spectroscopie par résonance ultrasonore. La méthode a été testée et validée (reproductibilité, fidélité, fiabilité…) sur un matériau standard de propriétés connues (aluminium). On expose que les effets de substitution fluide sont tout-à-fait mesurables avec la méthode sur divers échantillons de roches sèches puis saturées (en eau ou en éthylène glycol) et les résultats sont en accord raisonnable avec la théorie poroélastique de Biot-Gassmann. En outre, un certain nombre de faiblesses de la méthode ont été mises en évidence, à savoir la limitation à des roches assez homogènes et peu atténuantes. La dernière partie de ce manuscrit met en évidence des variations de vitesse des ondes dans un champ d'hydrocarbures (informations relatives à ce champ confidentielles) concomitantes avec le début de l'injection de vapeur dans celui-ci (pour récupération assistée de l'huile). / Seismic interferometry, like optic interferometry, studies the interferences phenomena between couples of seismic signals, with the aim of pointing at differences between those signals (Curtis et al. 2006 for instance). The data processing consists, generally, in correlating the recordings between different stations to retrieve the Green's function between these sensors (Derode et al. (2003), Wapenaar et al. (2004), Larose et al. (2006), Sanchez-Sesma et Campillo (2006)). This principle has already been successfully applied in the field of seismology (Campillo and Paul (2003)), ultrasound (Weaver et Lobkis (2001)), seismic exploration and even helioseismology (Duvall et al. (1993)). In all these cases, the analysis of the correlations leads to a detailed description of the propagation medium. Contrary to active seismic which uses artificial coherent sources (explosives, air guns…), passive seismic exploits natural coherent sources (seisms…). Since a few years, passive seismics also exploits random wave fields generated at unknown times by many unknown sources in the ground, and recorded at different stations positions. The analysis with cross-correlation of pairs of recordings, from pairs of sensors, leads to the Green's function between the two sensors (Derode et al. (2003)). This thesis has two objectives: -to check, at the lab scale, the effectiveness of monitoring of fluids substitution with noise correlation (ultrasound scale) in rocks -to apply noise correlation methods to passive seismic monitoring of a hydrocarbons field. This thesis presents, after a state of the art, the set-up of a new method to measure elastic constants of a rock sample (dry or fluid-saturated), based on ultrasound interferometry principle and resonant ultrasound spectroscopy. The method has been tested and validated (reproducibility, accuracy, precision…) on a standard material (aluminium). We show that the effects of a fluids substitution are measurable on various rock samples (dry or saturated, with water or with ethylene glycol) with this method. Plus the results are in agreement with Biot-Gassmann's theory. Besides, several weaknesses of the method were pointed, that is to say the method does not work on heterogeneous or attenuating medium. The last part of this thesis exposes speed of waves variations in a hydrocarbons field, when steam is injected simultaneously inside the reservoir (enhanced oil recovery operation).

Environ 6000 à 8000 maladies rares différentes existent aujourd’hui, affectant environ 6 à 8% de la population mondiale. La grande majorité d’entre elles correspond à des maladies génétiques, pour lesquelles il n'existe pas de traitement curatif. La révolution génomique a augmenté l’espoir d’obtenir des traitements spécifiques du défaut génétique pour de nombreuses maladies. Dans ces conditions, le traitement et l’analyse des données ne sont pas triviaux et s’éloignent de la simple routine.Cette thèse rapporte la création de Saut d'exon, capables d’aider les chercheurs et les cliniciens à identifier les mutations responsables de certaines maladies et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ainsi, les systèmes Human Splicing Finder et UMD-Predictor permettent respectivement de prédire l’effet d’une mutation sur l’épissage et la fonction de la protéine. Ils ont été validés grâce à des jeux de données de référence et/ou issus de la littérature, et peuvent aider les cliniciens à annoter correctement les variations de signification inconnue. De plus, cette thèse propose deux outils à visées thérapeutiques : Skip-E, un outil d’identification des AON candidats à la thérapie par saut d’exon, et NR-Analyser, un système de prédiction des codons de terminaison prématurés candidats à la thérapie par translecture des codons stop.Ces différents systèmes s'intègrent dans un projet plus global dédié à la recherche translationnelle. Par ces deux volets, prédictif et thérapeutique, cette thèse s’inscrit dans une stratégie de recherche en adéquation avec les objectifs du Consortium International pour la Recherche contre les Maladies Rares, l’IRDiRC. / About 6,000 to 8,000 distinct rare diseases exist today and are estimated to affect 6-8% of the world population. The vast majority of them are genetic and for most of them there is no cure. The genomic revolution has increased the hope of specific treatments based on the gene for many diseases. New technologies have emerged, changing drastically data scale produced in biomedical research. In these conditions, treatment and analysis of data are far from trivial and mere routine, despite spectacular advances in computer technology.This thesis reports the creation of bioinformatics systems, capable of helping researchers and clinicians to identify mutations responsible for certain diseases and to develop new therapies. Thus, the Human Splicing Finder and UMD-Predictor systems predict the effect of a mutation on splicing and protein, respectively. Both bioinformatics systems have been validated through high quality reference datasets, and may help clinicians to properly annotate variations of unknown significance. In addition, this thesis offers two new systems for therapeutic purposes: the Skip-E system identifies optimal candidates AONs for exon skipping therapies, and NR-Analyser, a system that predicts premature termination codons potentially candidates to nonsense readthrough therapies.These different systems are part of a larger project dedicated to translational research. With its predictive and therapeutic aspects, this thesis is part of a research strategy matching with the objectives of the IRDiRC (International Rare Diseases Research Consortium).

This thesis is focused on predicting the impact of amino acid substitution on protein stability. The main goal is to create a consensual predictor that uses the outputs of chosen existing tools in order to improve accuracy of prediction. The optimal consensus of theese tools was designed using evolution strategies in three variants: 1/5 success rule, self-adaptation variant and the CMA-ES method. Then, the quality of calculated weight vectors was tested on the independent dataset. Although the highest prediction performance was attained by self-adaptation method, the differences between all three variants were not significant. Compared to the individual tools, the predictions provided by consensual methods were generally more accurate - the self-adaptation variant imporved the Pearson's corelation coeficient of the predictions by 0,057 on the training dataset. On the testing dataset, the improvement of designed method was smaller (0,040). Relatively low improvement of prediction performance (both on the training and the testing dataset) were caused by the fact, that for some records of testing dataset, some individual tools vere not able to provide their results. When omitting these records, consensual method improved the Pearson's corelations coeficient by 0,118.

This thesis discusses the issue of predicting of the effect of amino acid substitutions on protein funkcion, based on phylogenetic analysis method, inspired by tool MAPP. Significant number of genetic diseases is caused by nonsynonymous SNPs manifested as single point mutations on the protein level. The ability to identify deleterious substitutions could be useful for protein engineering to test whether the proposed mutations do not damage protein function same as for targeting disease causing harmful mutations. However the experimental validation is costly and the need of predictive computation methods has risen. This thesis describes desing and implementation of a new in silico predictor based on the principles of evolutionary analysis and dissimilarity between original and substituting amino acid physico-chemical properties. Developed algorithm was tested on four datasets with 74,192 mutations from 16,256 sequences in total. The predictor yields up to 72 % accuracy and in the comparison with the most existing tools, it is substantially less time consuming. In order to achieve the highest possible efficiency, the optimization process was focused on selection of the most suitable (a) third-party software for calculation of a multiple sequence alignment, (b) overall decision threshold and (c) a set of physico-chemical properties.

The placement of genetic information within bacterial genomes is intentionally organized, creates predictable gradients of molecular properties along the origin-terminus of replication axis. Previous studies have reported that genes located near the origin of replication generally have a higher expression level, increased dosage, and are more conserved than genes located near the terminus of replication. Additionally, substitution rates usually increases with increasing distance from the origin of replication. However, the constant reorganization of genetic information is often overlooked when considering spatial molecular trends. Here, we explore the interplay of genomic reorganization along the origin and terminus of replication axis of gene expression and substitutions in Escherichia coli, Bacillus subtilis, Streptomyces, and Sinorhizobium meliloti. Using ancestral reconstruction to account for genome reorganization, we demonstrated that the correlation between the number of substitutions and distance from the origin of replication is significant but small and inconsistent in direction. In another study, we looked at the overall expression levels of all genes from the same bacteria, and confirmed that gene expression tends to decrease when moving away from the origin of replication. We looked specifically at how inversions - one type of genomic reorganization - impact gene expression between closely related strains of E. coli. Some inversions cause significant differences in gene expression compared to non-inverted regions, however, the variation in expression does not significantly differ between inverted and non-inverted regions. This change in gene expression may be due to the expression regulation properties of two nucleoid proteins, Histone-like Nucleoid-Structuring (H-NS) and Factor for inversion stimulation (Fis), who’s binding sites had a significant positive correlation with inverted regions. In conclusion, we highlight the impact that genomic rearrangements and location have on molecular trends in bacteria, illustrating the importance of considering spatial trends in molecular evolutionary analysis, and to ensure accurate generalization of previously determined trends. Assuming that molecular trends are exclusively in one direction can be problematic. / Dissertation / Doctor of Philosophy (PhD)

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Cette thèse transdisciplinaire réalisée en collaboration avec le laboratoire SPCTS (Sciences des Procédés Céramiques et Traitement de Surface) et l’EA 3842 (Homéostasie cellulaire et pathologies) de l’université de Limoges est un projet de recherche à l’interface entre la biologie et la chimie et a été consacrée à l’étude de l’influence des propriétés physico-chimiques de biocéramiques de phosphate de calcium sur leur comportement biologique in vitro.L’exploration des processus d’interaction entre matériaux et cellules reste une problématique scientifique de premier plan tant d’un point de vue fondamental qu’appliqué pour la mise au point de biomatériaux performants. L’objectif final est d’optimiser l’efficacité thérapeutique des céramiques phosphocalciques comme matériaux de substitution pour la régénération osseuse. La première partie de la thèse est une revue bibliographique générale présentant la problématique actuelle abordée en lien avec les besoins cliniques et les limitations des études actuelles. Les connaissances sur la biologie du tissu osseux sain ainsi que les aspects de régulation du processus de remodelage osseux ont également été abordés dans ce chapitre. Ce chapitre se termine par une synthèse bibliographique sur les biomatériaux et la régénération osseuse. Le chapitre 2 est relatif à la synthèse puis à la caractérisation physico-chimique des matériaux céramiques. Des céramiques de trois compositions chimiques : HA (hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2 , SiHA (hydroxyapatite silicatée : Ca10(PO4)5,6(SiO4)0,42(OH)1,6 et CHA (hydroxyapatite carbonatée : Ca9,5(PO4)5,5(CO3)0,48(OH)1,08(CO3)0,23 , chacune avec deux microstructures différentes : dense ou poreuse, ont été élaborées et rigoureusement caractérisées (porosité, topographie de surface, mouillabilité, potentiel zêta, taille des grains, distribution et taille des pores, surface spécifique). Le chapitre 3 décrit l’approche expérimentale employée pour l’évaluation biologique des interactions matériaux/cellules explorées dans ce travail. Les analyses biologiques ont été réalisées avec deux lignées cellulaires différentes. La lignée cellulaire pré-ostéoblastique MC3T3-E1 et la lignée cellulaire de monocytes/macrophages, précurseurs des ostéoclastes RAW 264.7, (très importantes pour les aspects osseux, mais moins souvent explorées que les lignées ostéoblastiques dans la littérature). Enfin, le chapitre 4 reporte et commente les résultats biologiques obtenus dans ce travail. Tous les biomatériaux évalués dans cette étude sont biocompatibles, néanmoins, le biomatériau poreux CHA s’est avéré le plus prometteur des six variantes de biomatériaux testés. / This transdisciplinary thesis, carried out in collaboration with the SPCTS laboratory (sciences of ceramic processes and surface treatment) and EA 3842 (Cellular homoeostasis and pathologies) of the University of Limoges, is a research project at the interface between biology and chemistry and was devoted to the study of the influence of the physico-chemical properties of calcium phosphate bioceramics on their biological behavior in vitro.The exploration of the processes of interaction between materials and cells remains a major scientific issue, both from a fundamental and applied point of view for the development of highperformance biomaterials. The ultimate objective is to optimize the therapeutic efficiency of phosphocalcic ceramics as substitute materials for bone regeneration.The first part of the thesis is a general bibliographic review presenting the current issues tackled with the clinical needs and limitations of current studies. Knowledge of the biology of healthy bone tissue as well as the regulatory aspects of the bone remodeling process was also discussed in this chapter. It includes also a bibliographic overview of biomaterials and bone regeneration.Chapter 2 relates to the synthesis and the physico-chemical characterization of ceramic materials. HA (hydroxyapatite: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2, SiHA (silicated hydroxyapatite: Ca10 (PO4) 5.6 (SiO4) 0.42 (OH) 1.6 and CHA (carbonated hydroxyapatite: Ca9.5 (PO4) 5.5 (CO3) 0.48 (OH) 1.08 (CO3) 0.23, ceramics each with two different microstructures : dense or porous, have been elaborated and thoroughly characterized (porosity, surface topography, wettability, zeta potential, grain size, pore size and distribution, specific surface area). Chapter 3 describes the experimental approach used for the biological evaluation of the interactions between materials and cells. Biological analyzes were performed with two different cell lines. The pre-osteoblastic MC3T3-E1 cell line and the RAW 264.7cell line of monocytes / macrophages, precursors of the steoclasts, (very important for the bone aspects, but less often explored than the osteoblastic lines in the literature). Finally, Chapter 4 reports and comments on the biological results obtained in this work. All biomaterials evaluated are biocompatible, nevertheless, the porous CHA biomaterial was the most promising of the six variants of biomaterials tested.

Nous avons développé un cryptosystème à clé symétrique hautement sécuritaire qui est basé sur un réseau de substitutions et de permutations. Il possède deux particularités importantes. Tout d'abord, il utilise de très grandes S-Boxes incompressibles dont la taille peut varier entre 256 Kb et 32 Gb bits d'entrée et qui sont générées aléatoirement. De plus, la phase de permutation est effectuée par un ensemble de fonctions linéaires choisies aléatoirement parmi toutes les fonctions linéaires possibles. Chaque fonction linéaire est appliquée sur tous les bits du bloc de message. Notre protocole possède donc une structure simple qui garantit l'absence de portes dérobées. Nous allons expliquer que notre cryptosystème résiste aux attaques actuellement connues telles que la cryptanalyse linéaire et la cryptanalyse différentielle. Il est également résistant à toute forme d'attaque basée sur un biais en faveur d'une fonction simple des S-Boxes. / We developed a new symmetric-key algorithm that is highly secure. Our algorithm is SPN-like but with two main particularities. First of all, we use very large random incompressible s-boxes. The input size of our s-boxes vary between 256 Kb and 32 Gb.Secondly, for the permutation part of the algorithm, we use a set of random linear functions chosen uniformly and randomly between every possible fonctions. The input of these functions is all the bits of the block of messages to encode. Our system has a very simple structure that guarantees that there are no trap doors in it. We will explain how our algorithm is resistant to the known attacks, such as linear and differential cryptanalysis. It is also resistant to any attack based on a bias of the s-boxes to a simple function.

Dans cette thèse, nous questionnons l’impact du terrorisme international et des mesures de sûreté sur le comportement des usagers du réseau de transport aérien mondial. A l’aide d’un modèle économétrique, nous analysons une base de données inédite, AirNetTerror, composée de l’ensemble des vols internationaux à destination des Etats-Unis de 1990 à 2006, et des données du terrorisme international par pays sur cette période. La pertinence de notre travail est double. D’une part, nos interrogations sur les comportements des voyageurs et leurs éventuelles substitutions d’itinéraires en lien avec le terrorisme international n’ont, à notre connaissance, jamais été traitées. D’autre part, en abordant le transport aérien sous l’angle du réseau, nous proposons une vision dynamique des répercussions des comportements des usagers en lien avec la menace terroriste et les mesures de sûreté. En particulier, la prise en compte de la situation de sûreté interdépendante régissant le réseau aérien mondial nous permet de questionner l’existence de failles dans les mesures de sûreté. Nos résultats soulignent l’impact avéré et significatif des événements du terrorisme international, mais aussi des mesures de sûreté sur le réseau de transport aérien mondial. De plus, nous observons localement des substitutions d’itinéraires des voyageurs aériens en lien avec ces phénomènes. Ainsi, l’effet combiné de la menace terroriste internationale et des mesures de sûreté semble être à l’origine de ruptures d’équilibre, certes limitées mais réelles, des flux de passagers du réseau de transport aérien mondial. Notre thèse, parce qu’elle place le comportement du voyageur au centre des interactions stratégiques entre les acteurs de la sûreté et les terroristes, permet d’apporter une vision inédite de l’impact du terrorisme international sur le transport aérien. / In our dissertation, we question the impact of both international terrorism and security measures on the behavior of the users of the global air transportation network. Using an econometric model, we analyze a new database, AirNetTerror, which contains data on all international passenger flows toward the U.S. from 1990 to 2006 as well as the events of international terrorism by country for the same period. The relevance of our research is twofold. On the one hand, our investigation regarding air travelers’ behavior and their possibilities of modifying their itinerary in light of international terrorism has – so far as we know – never been studied. On the other hand, as we analyze passenger flows from the perspective of the network, we propose a dynamic representation of the impact of travelers’ behavior changes related to terrorist threats and security measures. In particular, taking into account the interdependent security that rules the global air transport network, allows us to question the existence of failures in security measures. Our results underline a significant impact of both international terrorist events and security measures. Furthermore, we locally observe itinerary modifications of travelers that are linked to the previous phenomena. Thus, the combined effect of terrorist threats and security measures seems to lead to equilibrium breaks – that are limited but real – in passenger flows of the global air network. Our thesis offers a different representation of the impact of international terrorism on air transport by placing the traveler’s behavior at the center of the strategic interactions between security actors and terrorists.

本篇論文旨在從優選理論(Optimality Theory)來探討日語中的英語外來語。所研究的問題有四個，包括英語詞彙日語化過程中的語音代換(segmental substitutions)與音韻調整(phonological modifications)的現象，英語輔音韻尾促音化(consonant gemination)的現象，以及外來語截短(loanword truncation)現象的研究。在語音代換方面，基於過去以對比分析(Contrastive Analysis)的研究只重視英日語間音與音的對應，然共通語法(Universal Grammar)為當代語言學研究的主要目標，因此本文以優選理論這一針對共通語法所提出的當代音韻學理論中的制約(constraints)排行與違反的概念來重新分析。在本文中，語音代換主要是起因於共通語法下的音段標顯性制約(segmental markedness constraints)、極大性制約(MAX-IO)、及特徵一致性制約(IDENT[F] constraints)在日語語法中排行的結果。在音韻調整方面，日語主要是以元音添加(vowel epenthesis)來處理英語韻尾輔音及輔音群。過去的分析將元音添加視為是一種規則(rules)運作的結果，然這種分析仍需要制約的概念。有鑑於此，本文純以制約的排行與違反來分析這個現象。在本文中，音韻調整及元音添加主要是起因於共通語法下的一組音節結構完好性制約(syllable wel-formedness constraints)與極大性、依循性制約(DEP-IO)在日語中排行的結果所致。在英語韻尾輔音促音化方面，由於許多過去的研究將此一現象歸因於是模仿英語原字，特別是其閉音節結構的結果。根據此一看法，本文主張此一現象乃是起因於與韻尾輔音相關的音拍一致性制約(IDENT[m])因模仿英語原字這一目的而獲得優先被滿足權。也就是當其排行高於反孳生輔音制約(anti-gemination constraints)時，就會導致促音化的現象。在外來語的截短現象方面，過去學者的分析引發不少的問題，如Suzuki(1995)根據優選理論所提出的分析卻與Ito(1990)的統計結果相矛盾等。有鑑於此，本文作者亦進行外來語截短詞包括長度、音節類型、截短方向及重音等的統計。根據這一統計結果，本文將截短現象分成「最小截短」與「非最小截短」。兩者各由其相關的制約排行所控制。此外，本文並指出日語外來語的「最小截短」能驗證emergence of the unmarked (McCarthy and Prince 1994, 1995b, 1997)這一主張。 / This thesis aims to study English loanwords in Japanese within the framework of Optimality Theory (Prince and Smolensky 1993, McCarthy and Prince 1993ab). It deals with four issues: the segmental substitutions and phonological modifications in loanword nativization, consonant gemination, and loanword truncation. The segmental substitutions are attributed mainly to the Japanese-specific ranking of the UG segmental markedness constraints, together with the higher ranked MAX-IO. The choices of substitute sounds are mainly determined by the rankings of lDENT[F] constraints in Japanese. The phonological modifications are attributed mainly to the Japanese-specific ranking of the UG syllable well-formedness constraints. In addition, vowel epenthesis as a way of modification is prompted by the dominance of MAX-10 over DEP-IO. As for consonant gemination, it is not motivated by any native requirements in Japanese, and thus results from a conscious effort to imitate English source forms by having lDENT[μ] acquire a priority to be respected. That is, when it dominates the anti-gemination constraints, consonant gemination takes place. Finally, on the basis of the statistical results, the present study distinguishes two kinds of truncation: the minimal and non-minimal truncations. In the minimal truncation, FTBIN and NONFIN(σ) are responsible for the accented LL and HL output patterns while in the non-minimal truncation WDBIN and MAX-BT lead to the unaccented four-mora outputs as well as LLL outputs.