Time-lapse and probabilistic inversion strategies for plane-wave electromagnetic data.

L'utilisation efficace des systèmes géothermaux, la séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l'intrusion d'eau salée dans les aquifères costaux ne sont que quelques exemples qui démontrent notre besoin en technologies nouvelles pour suivre l'évolution des processus souterrains à partir de la surface. Un défi majeur est d'assurer la caractérisation et l'optimisation des performances de ces technologies à différentes échelles spatiales et temporelles. Les méthodes électromagnétiques (EM) d'ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées, à la température et aux matériaux géologiques. Ces méthodes sont régies par des équations valides sur de larges gammes de fréquences, permettant détudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces méthodes sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur à cause des propriétés diffusives du champ électromagnétique. Pour cette raison, l'estimation des modèles du sous-sol par ces méthodes doit prendre en compte des informations a priori afin de contraindre les modèles autant que possible et de permettre la quantification des incertitudes de ces modèles de façon appropriée. Dans la présente thèse, je développe des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l'aide d'ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d'ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l'incorporation dans l'algorithme d'informations a priori en fonction des changements du modèle de conductivité électrique attendus. Ceci est réalisé en intégrant une régularisation stochastique et des contraintes flexibles par rapport à la gamme des changements attendus en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. J'utilise des normes différentes de la norme l2 pour contraindre la structure du modèle et obtenir des transitions abruptes entre les régions du model qui subissent des changements dans le temps et celles qui n'en subissent pas. Aussi, j'incorpore une stratégie afin d'éliminer les erreurs systématiques de données time-lapse. Ce travail a mis en évidence l'amélioration de la caractérisation des changements temporels par rapport aux approches classiques qui réalisent des inversions indépendantes à chaque pas de temps et comparent les modèles. Dans la seconde partie de cette thèse, j'adopte un formalisme bayésien et je teste la possibilité de quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle dans l'inversion d'ondes EM planes. Pour ce faire, je présente une stratégie d'inversion probabiliste basée sur des pixels à deux dimensions pour des inversions de données d'ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique (ERT) séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différents types d'information a priori sur la structure du modèle et différentes fonctions de vraisemblance pour décrire les erreurs sur les données. Les résultats indiquent que la régularisation du modèle est nécessaire lorsqu'on a à faire à un large nombre de paramètres car cela permet d'accélérer la convergence des chaînes et d'obtenir des modèles plus réalistes. Cependent, ces contraintes mènent à des incertitudes d'estimations plus faibles, ce qui implique des distributions a posteriori qui ne contiennent pas le vrai modèledans les régions ou` la méthode présente une sensibilité limitée. Cette situation peut être améliorée en combinant des méthodes d'ondes EM planes avec d'autres méthodes complémentaires telles que l'ERT. De plus, je montre que le poids de régularisation des paramètres et l'écart-type des erreurs sur les données peuvent être retrouvés par une inversion probabiliste. Finalement, j'évalue la possibilité de caractériser une distribution tridimensionnelle d'un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion probabiliste time-lapse tridimensionnelle d'ondes EM planes. Etant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l'espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie de réduction du modèle ou` les coefficients de décomposition des moments de Legendre du panache de traceur injecté ainsi que sa position sont estimés. Pour ce faire, un modèle de résistivité de base est nécessaire. Il peut être obtenu avant l'expérience time-lapse. Un test synthétique montre que la méthodologie marche bien quand le modèle de résistivité de base est caractérisé correctement. Cette méthodologie est aussi appliquée à un test de trac¸age par injection d'une solution saline et d'acides réalisé dans un système géothermal en Australie, puis comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. L'inversion probabiliste permet de mieux contraindre le panache du traceur salin gr^ace à la grande quantité d'informations a priori incluse dans l'algorithme. Néanmoins, les changements de conductivités nécessaires pour expliquer les changements observés dans les données sont plus grands que ce qu'expliquent notre connaissance actuelle des phénomenès physiques. Ce problème peut être lié à la qualité limitée du modèle de résistivité de base utilisé, indiquant ainsi que des efforts plus grands devront être fournis dans le futur pour obtenir des modèles de base de bonne qualité avant de réaliser des expériences dynamiques. Les études décrites dans cette thèse montrent que les méthodes d'ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l'évaluation des modèles obtenus, autant en termes d'incorporation d'informations a priori, qu'en termes de quantification d'incertitudes a posteriori. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d'autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l'incorporation d'informations additionnelles lorsqu'elles sont disponibles. -- The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO2 to mitigate climate change, and the prevention of seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategy to remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations to quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensional pixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helps to accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining planewave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion. Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of planewave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment. A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments. The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification. In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available.

Mass conservative three-dimensional water tracer distribution from Markov chain Monte Carlo inversion of time-lapse ground-penetrating radar data

Time-lapse geophysical measurements are widely used to monitor the movement of water and solutes through the subsurface. Yet commonly used deterministic least squares inversions typically suffer from relatively poor mass recovery, spread overestimation, and limited ability to appropriately estimate nonlinear model uncertainty. We describe herein a novel inversion methodology designed to reconstruct the three-dimensional distribution of a tracer anomaly from geophysical data and provide consistent uncertainty estimates using Markov chain Monte Carlo simulation. Posterior sampling is made tractable by using a lower-dimensional model space related both to the Legendre moments of the plume and to predefined morphological constraints. Benchmark results using cross-hole ground-penetrating radar travel times measurements during two synthetic water tracer application experiments involving increasingly complex plume geometries show that the proposed method not only conserves mass but also provides better estimates of plume morphology and posterior model uncertainty than deterministic inversion results.

Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo inversion of time-lapse cross hole ground-penetrating radar data to characterize the vadose zone at the Arrenaes field site, Denmark

The ground-penetrating radar (GPR) geophysical method has the potential to provide valuable information on the hydraulic properties of the vadose zone because of its strong sensitivity to soil water content. In particular, recent evidence has suggested that the stochastic inversion of crosshole GPR traveltime data can allow for a significant reduction in uncertainty regarding subsurface van Genuchten-Mualem (VGM) parameters. Much of the previous work on the stochastic estimation of VGM parameters from crosshole GPR data has considered the case of steady-state infiltration conditions, which represent only a small fraction of practically relevant scenarios. We explored in detail the dynamic infiltration case, specifically examining to what extent time-lapse crosshole GPR traveltimes, measured during a forced infiltration experiment at the Arreneas field site in Denmark, could help to quantify VGM parameters and their uncertainties in a layered medium, as well as the corresponding soil hydraulic properties. We used a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo inversion approach. We first explored the advantages and limitations of this approach with regard to a realistic synthetic example before applying it to field measurements. In our analysis, we also considered different degrees of prior information. Our findings indicate that the stochastic inversion of the time-lapse GPR data does indeed allow for a substantial refinement in the inferred posterior VGM parameter distributions compared with the corresponding priors, which in turn significantly improves knowledge of soil hydraulic properties. Overall, the results obtained clearly demonstrate the value of the information contained in time-lapse GPR data for characterizing vadose zone dynamics.

On the convergence of EM-like algorithms for image segmentation using Markov random fields.

Inference of Markov random field images segmentation models is usually performed using iterative methods which adapt the well-known expectation-maximization (EM) algorithm for independent mixture models. However, some of these adaptations are ad hoc and may turn out numerically unstable. In this paper, we review three EM-like variants for Markov random field segmentation and compare their convergence properties both at the theoretical and practical levels. We specifically advocate a numerical scheme involving asynchronous voxel updating, for which general convergence results can be established. Our experiments on brain tissue classification in magnetic resonance images provide evidence that this algorithm may achieve significantly faster convergence than its competitors while yielding at least as good segmentation results.

A risk model with an observer in a Markov environment

We consider a spectrally-negative Markov additive process as a model of a risk process in a random environment. Following recent interest in alternative ruin concepts, we assume that ruin occurs when an independent Poissonian observer sees the process as negative, where the observation rate may depend on the state of the environment. Using an approximation argument and spectral theory, we establish an explicit formula for the resulting survival probabilities in this general setting. We also discuss an efficient evaluation of the involved quantities and provide a numerical illustration.

Débattre : pratique de l'argumentation et inscription de l'identité dans une perspective textuelle et interactionnelle

L'objectif de la thèse est de rendre compte d'une pratique langagière particulière, le débat, et d'opérer ce travail à la fois à un niveau théorique - en tant qu'analyser la pratique du débat pose certaines questions aux sciences du langage - et à un niveau pratique - dans la mesure où la spécificité du débat repose sur certains observables qu'il s'agit d'identifier et de décrire et qui permettent à chacun de distinguer le débat d'autres formes de comportement, telles que l'anecdote, la dispute ou encore la réunion de travail.¦La thèse part du constat que la pratique du débat constitue un fait social attesté et reconnaissable comme tel, et ce aussi bien par les agents qui s'engagent dans son accomplissement que par un observateur externe. Le fait qu'aucune règle ne vienne pour autant décrire «ce qui fait débat» plaide pour l'adoption d'une perspective ethnométhodologique, sensible à la manière dont les agents pourvoient eux-mêmes, en agissant de façon méthodique et routinière, à la reconnaissabilité (accountability) des pratiques dans lesquelles ils s'engagent.¦La thèse questionne le caractère reconnaissable de la pratique du débat à partir de données originales. Le corpus est constitué de huit événements publics s'étant déroulés à l'Université de Lausanne et ayant été vidéo-enregistrés pour l'occasion. Ces rencontres ne relèvent donc pas d'événements télédiffusés, par exemple des débats de sociétés organisés par des chaînes de télévision. Il s'agit de confrontations verbales (de types « débats publics » ou « conférence-discussion ») où tous les participants, public compris, sont réunis en un même lieu et dans une même tranche temporelle.¦La thèse organise la réflexion en trois parties. Intitulée la parole en interaction médiatisée, la première partie est consacrée à la présentation et à la problématisation, grâce à divers extraits du corpus, des différentes dimensions analytiques mobilisées. Par l'articulation d'acquis en linguistique textuelle et énonciative et en analyse conversationnelle, il s'agit d'étudier la matérialité signifiante des actions verbales en lien avec les dynamiques discursives et interactionnelles dans lesquelles cette matérialité s'inscrit et prend sens. En d'autres termes, on considère la manière dont les unités linguistiques participent à l'accomplissement d'activités pratiques et les pressions que ces activités pratiques sont susceptibles d'exercer sur l'usage de ces unités. L'analyse du débat est en outre inscrite dans une approche multimodale des pratiques, qui entend dépasser l'analyse de la seule verbalité pour donner une place aux ressources corporelles, qu'il s'agisse de gestes, de mimiques ou de la répartition des participants dans l'espace.¦Une fois les différentes dimensions analytiques posées, les deux autres parties examinent chacune une composante - autrement dit un observable - qui spécifie le débat en tant que pratique langagière particulière. Mobilisant une approche dialogale de la pratique de l 'argumentation, la deuxième partie entend montrer que le débat gagne à être abordé comme un mode particulier de gestion du désaccord, fondé sur l'usage de ressources argumentatives. La troisième partie s'intéresse finalement à la problématique de l'inscription de l'identité dans le langage et dans l'interaction et considère la manière dont les traits identitaires que les agents s'attribuent, respectivement ou réciproquement, lorsqu'ils s'engagent dans un débat, participent à assurer le caractère reconnaissable de cette pratique.

Comparing impact and cost-effectiveness of primary prevention strategies for lipid-lowering.

BACKGROUND: Lipid-lowering therapy is costly but effective at reducing coronary heart disease (CHD) risk. OBJECTIVE: To assess the cost-effectiveness and public health impact of Adult Treatment Panel III (ATP III) guidelines and compare with a range of risk- and age-based alternative strategies. DESIGN: The CHD Policy Model, a Markov-type cost-effectiveness model. DATA SOURCES: National surveys (1999 to 2004), vital statistics (2000), the Framingham Heart Study (1948 to 2000), other published data, and a direct survey of statin costs (2008). TARGET POPULATION: U.S. population age 35 to 85 years. Time Horizon: 2010 to 2040. PERSPECTIVE: Health care system. INTERVENTION: Lowering of low-density lipoprotein cholesterol with HMG-CoA reductase inhibitors (statins). OUTCOME MEASURE: Incremental cost-effectiveness. RESULTS OF BASE-CASE ANALYSIS: Full adherence to ATP III primary prevention guidelines would require starting (9.7 million) or intensifying (1.4 million) statin therapy for 11.1 million adults and would prevent 20,000 myocardial infarctions and 10,000 CHD deaths per year at an annual net cost of $3.6 billion ($42,000/QALY) if low-intensity statins cost $2.11 per pill. The ATP III guidelines would be preferred over alternative strategies if society is willing to pay $50,000/QALY and statins cost $1.54 to $2.21 per pill. At higher statin costs, ATP III is not cost-effective; at lower costs, more liberal statin-prescribing strategies would be preferred; and at costs less than $0.10 per pill, treating all persons with low-density lipoprotein cholesterol levels greater than 3.4 mmol/L (>130 mg/dL) would yield net cost savings. RESULTS OF SENSITIVITY ANALYSIS: Results are sensitive to the assumptions that LDL cholesterol becomes less important as a risk factor with increasing age and that little disutility results from taking a pill every day. LIMITATION: Randomized trial evidence for statin effectiveness is not available for all subgroups. CONCLUSION: The ATP III guidelines are relatively cost-effective and would have a large public health impact if implemented fully in the United States. Alternate strategies may be preferred, however, depending on the cost of statins and how much society is willing to pay for better health outcomes. FUNDING: Flight Attendants' Medical Research Institute and the Swanson Family Fund. The Framingham Heart Study and Framingham Offspring Study are conducted and supported by the National Heart, Lung, and Blood Institute.

Fusion of Multi-Atlas Segmentations with Spatial Distribution Modeling

In recent years, multi-atlas fusion methods have gainedsignificant attention in medical image segmentation. Inthis paper, we propose a general Markov Random Field(MRF) based framework that can perform edge-preservingsmoothing of the labels at the time of fusing the labelsitself. More specifically, we formulate the label fusionproblem with MRF-based neighborhood priors, as an energyminimization problem containing a unary data term and apairwise smoothness term. We present how the existingfusion methods like majority voting, global weightedvoting and local weighted voting methods can be reframedto profit from the proposed framework, for generatingmore accurate segmentations as well as more contiguoussegmentations by getting rid of holes and islands. Theproposed framework is evaluated for segmenting lymphnodes in 3D head and neck CT images. A comparison ofvarious fusion algorithms is also presented.

Comparison of time-lapse GPR data collected under natural and forced infiltration conditions to estimate vadose zone hydraulic parameters

Time-lapse crosshole ground-penetrating radar (GPR) data, collected while infiltration occurs, can provide valuable information regarding the hydraulic properties of the unsaturated zone. In particular, the stochastic inversion of such data provides estimates of parameter uncertainties, which are necessary for hydrological prediction and decision making. Here, we investigate the effect of different infiltration conditions on the stochastic inversion of time-lapse, zero-offset-profile, GPR data. Inversions are performed using a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo methodology. Our results clearly indicate that considering data collected during a forced infiltration test helps to better refine soil hydraulic properties compared to data collected under natural infiltration conditions

Genome sequence of the metazoan plant-parasitic nematode Meloidogyne incognita.

Plant-parasitic nematodes are major agricultural pests worldwide and novel approaches to control them are sorely needed. We report the draft genome sequence of the root-knot nematode Meloidogyne incognita, a biotrophic parasite of many crops, including tomato, cotton and coffee. Most of the assembled sequence of this asexually reproducing nematode, totaling 86 Mb, exists in pairs of homologous but divergent segments. This suggests that ancient allelic regions in M. incognita are evolving toward effective haploidy, permitting new mechanisms of adaptation. The number and diversity of plant cell wall-degrading enzymes in M. incognita is unprecedented in any animal for which a genome sequence is available, and may derive from multiple horizontal gene transfers from bacterial sources. Our results provide insights into the adaptations required by metazoans to successfully parasitize immunocompetent plants, and open the way for discovering new antiparasitic strategies.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Pour une sociologie des situations révolutionnaires : retour sur les révoltes arabes

Dans ce texte, nous défendons une approche réfutant tout causalisme et centrée sur les situations révolutionnaires. Une revue de la littérature sur les récentes « révoltes arabes » montre à quel point une telle orientation est rare. Nous proposons, à partir de là, de ne pas nous en tenir à la description des propriétés des situations révolutionnaires pour tenter de retracer les séquences d'action, définies comme des chaînes d'interaction complexes mais observables, conduisant - ou pas - à ces situations. À partir de la mise en regard d'un certain nombre de situations révolutionnaires dans la région, nous tentons d'identifier dans les événements qui y conduisent une série de processus relationnels et cognitifs. L'on peut ce faisant approcher les modes de transformation d'états propres aux situations révolutionnaires.

The InterPro database, an integrated documentation resource for protein families, domains and functional sites.

Signature databases are vital tools for identifying distant relationships in novel sequences and hence for inferring protein function. InterPro is an integrated documentation resource for protein families, domains and functional sites, which amalgamates the efforts of the PROSITE, PRINTS, Pfam and ProDom database projects. Each InterPro entry includes a functional description, annotation, literature references and links back to the relevant member database(s). Release 2.0 of InterPro (October 2000) contains over 3000 entries, representing families, domains, repeats and sites of post-translational modification encoded by a total of 6804 different regular expressions, profiles, fingerprints and Hidden Markov Models. Each InterPro entry lists all the matches against SWISS-PROT and TrEMBL (more than 1,000,000 hits from 462,500 proteins in SWISS-PROT and TrEMBL). The database is accessible for text- and sequence-based searches at http://www.ebi.ac.uk/interpro/. Questions can be emailed to interhelp@ebi.ac.uk.

trEST, trGEN and Hits: access to databases of predicted protein sequences.

High throughput genome (HTG) and expressed sequence tag (EST) sequences are currently the most abundant nucleotide sequence classes in the public database. The large volume, high degree of fragmentation and lack of gene structure annotations prevent efficient and effective searches of HTG and EST data for protein sequence homologies by standard search methods. Here, we briefly describe three newly developed resources that should make discovery of interesting genes in these sequence classes easier in the future, especially to biologists not having access to a powerful local bioinformatics environment. trEST and trGEN are regularly regenerated databases of hypothetical protein sequences predicted from EST and HTG sequences, respectively. Hits is a web-based data retrieval and analysis system providing access to precomputed matches between protein sequences (including sequences from trEST and trGEN) and patterns and profiles from Prosite and Pfam. The three resources can be accessed via the Hits home page (http://hits. isb-sib.ch).