Population genetics of Capercaillie (Tetrao urogallus) in the Jura and the Pyrenees: a non-invasive approach to avian conservation genetics

RÉSUMÉ Le Grand tétras est un galliforme de montagne apparenté au faisan et au tétras lyre. Il est distribué de manière continue à travers la toundra et les montagnes de moyenne altitude en Europe de l'ouest. Toutefois, les populations d'Europe de l'ouest ont subi un déclin constant au cours des derniers siècles. Les causes de ce déclin sont probablement liées à l'activité humaine, telle .que l'élevage ou le tourisme, qui ont engendré une modification et une fragmentation de l'habitat de l'espèce. Malheureusement, les populations soumises à de forts déclins démographiques peuvent subir des effets génétiques (augmentation de la consanguinité et perte de diversité génétique) pouvant diminuer leur potentiel de reproduction et conduire irrémédiablement à l'extinction. Cette thèse présente les analyses conduites dans le but d'estimer l'impact du déclin démographique des populations de Grand tétras sur l'étendue et la distribution de leur variabilité génétique dans le Jura et dans les Pyrénées. Du fait de la législation locale protégeant les tétraonidés en général, mais également en raison de la biologie très cryptique du Grand tétras, l'ensemble des analyses de cette étude a été réalisé à partir de matériel génétique extrait des fientes (ou échantillonnage génétique non invasif). Dans la première partie de l'étude, je détaille les protocoles d'extraction. d'ADN et d'amplification par PCR modifiés à partir des protocoles classiques utilisant des échantillons conventionnels, riches en ADN. L'utilisation d'ADN fécal impose des contraintes dues à la mauvaise qualité et à la faible quantité du matériel génétique à disposition dans les fientes. Ces contraintes ont pu être partiellement contournées en réalisant des répétitions multiples du génotypage afin d'obtenir un degré de fiabilité suffisante. J'ai également analysé les causes de la dégradation de l'ADN dans les excréments. Parmi les causes les plus communes, telles que l'activité bactérienne, l'hydrolyse spontanée et la dégradation enzymatique par les DNases libres, c'est ce dernier facteur qui apparaît comme étant la cause majeure et la plus rapide responsable de la dégradation de la qualité des échantillons. La rapidité de l'action enzymatique suggère que les plans d'échantillonnages de excréments sur le terrain pourraient être optimisés en les réalisant dans des conditions climatiques froides et sèches, favorisant ainsi l'inhibition des DNases. La seconde partie de la thèse est une étude par simulation visant à déterminer la capacité du logiciel Structure à identifier les structures génétiques complexes et hiérarchiques fréquemment rencontrées dans les populations naturelles, et ce en utilisant différents types de marqueurs génétiques. Les troisième et quatrième parties de cette thèse décrivent le statut génétique des populations résiduelles du Jura et des Pyrénées à partir de l'analyse de 11 loci microsatellites. Nous n'avons pas pu mettre en évidence dans les deux populations des effets liés à la consanguinité ou à la réduction de la diversité génétique. De plus, la différenciation génétique entre les patches d'habitats favorables reste modérée et corrélée à la distance géographique, ce qui suggère que la dispersion d'individus entre les patches a été importante au moins pendant ces dernières générations. La comparaison des paramètres de la diversité génétique avec ceux d'autres populations de Grand tétras, ou d'autres espèces proches, indique que la population du Jura a retenu une proportion importante de sa diversité originelle. Ces résultats suggèrent que le déclin récent des populations a jusqu'ici eu un impact modéré sur les facteurs génétiques et que ces populations semblent avoir conservé le potentiel génétique nécessaire à leur survie à long terme. Finalement, en cinquième partie, l'analyse de l'apparentement entre les mâles qui participent à la parade sur les places de chant (leks) indique que ces derniers sont distribués en agrégats de manière non aléatoire, préférentiellement entre individus apparentés. De plus, la corrélation entre les distances génétique et géographique entre les leks est en accord avec les motifs d'isolement par la distance mis en évidence à d'autres niveaux hiérarchiques (entre patches d'habitat et populations), ainsi qu'avec les études menées sur d'autres espèces ayant choisi ce même système de reproduction. En conclusion, cette première étude basée uniquement sur de l'ADN nucléaire aviaire extrait à partir de fèces a fourni des informations nouvelles qui n'auraient pas pu être obtenues par une méthode d'observation sur le terrain ou d'échantillonnage génétique classique. Aucun oiseau n'a été dérangé ou capturé, et les résultats sont comparables à d'autres études concernant des espèces proches. Néanmoins, la taille de ces populations approche des niveaux au-dessous desquels la survie à long terme est fortement incertaine. La persistance de la diversité génétique pour les prochaines générations reste en conséquence liée à la survie des adultes et à une reprise du succès de la reproduction. ABSTRACT Capercaillie (Tetrao urogallus) is a large grouse that is continuously distributed across the tundra and the mid-high mountains of Western Europe. However, the populations in Western Europe have been showing a constant decline during the last decades. The causes for this decline are possibly related to human activities, such as cattle breeding and tourism that have both led to habitat modification and fragmentation. Unfortunately, populations that have undergone drastic demographic bottlenecks often go through genetic processes of inbreeding and loss of diversity that decrease their fitness and eventually lead to extinction. This thesis presents the investigations conducted to estimate the impact of the demographic decline of capercaillie populations on the extent and distribution of their genetic variability in the Jura and in the Pyrenees mountains. Because grouse are protected by wildlife legislation, and also because of the cryptic behaviour of capercaillie, all DNA material used in this study was extracted from faeces (non-invasive genetic sampling). In the first part of my thesis, I detail the protocols of DNA extraction and PCR amplification adapted from classical methods using conventional DNA-rich samples. The use of faecal DNA imposes specific constraints due to the low quantity and the highly degraded genetic material available. These constraints are partially overcome by performing multiple genotyping repetitions to obtain sufficient reliability. I also investigate the causes of DNA degradation in faeces. Among the main degraders, namely bacterial activity, spontaneous hydrolysis, and free-¬DNase activities, the latter was pointed out as the most important according to our experiments. These enzymes degrade DNA very rapidly, and, as a consequence, faeces sampling schemes must be planned preferably in cold and dry weather conditions, allowing for enzyme activity inhibition. The second part of the thesis is a simulation study aiming to assess the capacity of the software Structure to detect population structure in hierarchical models relevant to situations encountered in wild populations, using several genetic markers. The methods implemented in Structure appear efficient in detecting the highest hierarchical structure. The third and fourth parts of the thesis describe the population genetics status of the remaining Jura and Pyrenees populations using 11 microsatellite loci. In either of these populations, no inbreeding nor reduced genetic diversity was detected. Furthermore, the genetic differentiation between patches defined by habitat suitability remains moderate and correlated with geographical distance, suggesting that significant dispersion between patches was at work at least until the last generations. The comparison of diversity indicators with other species or other populations of capercaillie indicate that population in the Jura has retained a large part of its original genetic diversity. These results suggest that the recent decline has had so forth a moderate impact on• genetic factors and that these populations might have retained the potential for long term survival, if the decline is stopped. Finally, in the fifth part, the analysis of relatedness between males participating in the reproduction parade, or lek, indicate that capercaillie males, like has been shown for some other grouse species, gather on leks• among individuals that are more related than the average of the population. This pattern appears to be due to both population structure and kin-association. As a conclusion, this first study relying exclusively on nuclear DNA extracted from faeces has provided novel information that was not available through field observation or classical genetic sampling. No bird has been captured or disturbed, and the results are consistent with other studies of closely related species. However, the size of these populations is approaching thresholds below which long-term survival is unlikely. The persistence of genetic diversity for the forthcoming generations remains therefore bond to adult survival and to the increase of reproduction success.

Treatment of type B periprosthetic femur fractures with curved non-locking plate with eccentric holes: Retrospective study of 43 patients with minimum 1-year follow-up.

INTRODUCTION: Periprosthetic femur fracture (PFF) is a serious complication after total hip arthroplasty that can be treated using different internal fixation devices. However, the outcomes with curved non-locking plates with eccentric holes in this indication have not been reported previously. The objectives of this study were to determine: (1) the union rate; (2) the complication rate; (3) autonomy in a group of patients with a Vancouver type B PFF who were treated with this plate. HYPOTHESIS: Use of this plate results in a high union rate with minimal mechanical complications. MATERIALS AND METHODS: Forty-three patients with a mean age of 79 years±13 (41-98) who had undergone fixation of Vancouver type B PFF with this plate between 2002 and 2007 were included in the study. The time to union and Parker Mobility Score were evaluated. The revision-free survival (all causes) was calculated using Kaplan-Meier analysis. The average follow-up was 42 months±20 (16-90). RESULTS: Union was obtained in all patients in a mean of 2.4 months±0.6 (2-4). One patient had varus malunion of the femur. The Parker Mobility Score decreased from 5.93±1.94 (2-9) to 4.93±1.8 (1-9) (P=0.01). Two patients required a surgical revision: one for an infection after 4.5 years and one for stem loosening. The survival of the femoral stem 5 years after fracture fixation was 83.3%±12.6%. CONCLUSION: Use of a curved plate with eccentric holes for treating type B PFF led to a high union rate and a low number of fixation-related complications. However, PFF remains a serious complication of hip arthroplasty that is accompanied by high morbidity and mortality rates. LEVEL OF EVIDENCE: Retrospective study, level IV.

Traitement des fractures péri-prothétiques de type B du fémur par une plaque anatomique non verrouillée avec trous excentrés : analyse rétrospective de 43 patients avec un recul minimum de 1 an

La fracture périprothétique du fémur (FPF) représente une complication sérieuse des arthroplasties de hanche. Différents matériels d'ostéosynthèse ont été utilisés pour l'ostéosynthèse des FPFs. Toutefois, aucune étude n'a rapporté les résultats obtenus avec une plaque anatomique non-verrouillée avec des trous excentrés. Les buts de ce travail étaient de présenter 1) le taux de consolidation des FPF traitées par cet implant, 2) les caractéristiques péri-opératoires 3) le taux de complications, et 4) les résultats en terme d'autonomie obtenus après le traitement des FPF du groupe B selon Vancouver avec une plaque anatomique à trous excentrés. Hypothèse L'utilisation de cette plaque permet d'obtenir un taux élevé de consolidation avec un minimum de complications mécaniques. Matériels et Méthodes Quarante-trois patients, d'âge moyen 79 ans ± 13 (41 - 98), qui ont été traités pour une ostéosynthèse d'une FPF de type B selon Vancouver avec cette plaque entre 2002 et 2007 ont été inclus. Les patients ont été classifiées selon les scores ASA et de Charnley. Le temps opératoire, les pertes sanguines chirurgicales, le nombre de transfusion, la durée d'hospitalisation, le délai de consolidation, le lieu de vie ainsi que l'autonomie (score de Parker) ont été évalués. Le taux de survie sans révision a été calculé par la méthode de Kaplan-Meier. Le recul moyen est de 42 mois ± 20 (min - max : 16 - 90). Résultats La consolidation a été obtenue chez tous les patients avec un délai moyen de 2,4 mois ± 0,6 (2-4). 1 patient avec un cal vicieux en varus était à déplorer. Le score de Parker a diminué de 5,93 ± 1,94 (2-9) à 4,93 ± 1,8 (1- 9) (p = 0.01). 2 révisions chirurgicales ont été nécessaires sur la série. Le taux de survie à 5 ans des prothèses après ostéosynthèse de la FPF était de 83,3 % ± 12,6 %. Conclusion Cette plaque anatomique avec trous excentrés permet le traitement des FPF du type B et garantit une consolidation de la fracture avec un faible taux de complications liés à l'ostéosynthèse. Toutefois, les FPF représentent une complication sérieuse des arthroplasties de hanche assortie d'un fort taux de morbidités et de mortalité.

L'exploitation des peintures en spray en criminalistique: mise en place d'une procédure de gestion et de comparaison des spectres infrarouges à l'aide des statistiques multivariées

La spectroscopie infrarouge (FTIR) est une technique de choix dans l'analyse des peintures en spray (traces ou bonbonnes de référence), grâce à son fort pouvoir discriminant, sa sensibilité, et ses nombreuses possibilités d'échantillonnage. La comparaison des spectres obtenus est aujourd'hui principalement faite visuellement, mais cette procédure présente des limitations telles que la subjectivité de la prise de décision car celle-ci dépend de l'expérience et de la formation suivie par l'expert. De ce fait, de faibles différences d'intensités relatives entre deux pics peuvent être perçues différemment par des experts, même au sein d'un même laboratoire. Lorsqu'il s'agit de justifier ces différences, certains les expliqueront par la méthode analytique utilisée, alors que d'autres estimeront plutôt qu'il s'agit d'une variabilité intrinsèque à la peinture et/ou à son vécu (par exemple homogénéité, sprayage, ou dégradation). Ce travail propose d'étudier statistiquement les différentes sources de variabilité observables dans les spectres infrarouges, de les identifier, de les comprendre et tenter de les minimiser. Le deuxième objectif principal est de proposer une procédure de comparaison des spectres qui soit davantage transparente et permette d'obtenir des réponses reproductibles indépendamment des experts interrogés. La première partie du travail traite de l'optimisation de la mesure infrarouge et des principaux paramètres analytiques. Les conditions nécessaires afin d'obtenir des spectres reproductibles et minimisant la variation au sein d'un même échantillon (intra-variabilité) sont présentées. Par la suite une procédure de correction des spectres est proposée au moyen de prétraitements et de sélections de variables, afin de minimiser les erreurs systématiques et aléatoires restantes, et de maximiser l'information chimique pertinente. La seconde partie présente une étude de marché effectuée sur 74 bonbonnes de peintures en spray représentatives du marché suisse. Les capacités de discrimination de la méthode FTIR au niveau de la marque et du modèle sont évaluées au moyen d'une procédure visuelle, et comparées à diverses procédures statistiques. Les limites inférieures de discrimination sont testées sur des peintures de marques et modèles identiques mais provenant de différents lots de production. Les résultats ont montré que la composition en pigments était particulièrement discriminante, à cause des étapes de corrections et d'ajustement de la couleur subies lors de la production. Les particularités associées aux peintures en spray présentes sous forme de traces (graffitis, gouttelettes) ont également été testées. Trois éléments sont mis en évidence et leur influence sur le spectre infrarouge résultant testée : 1) le temps minimum de secouage nécessaire afin d'obtenir une homogénéité suffisante de la peinture et, en conséquence, de la surface peinte, 2) la dégradation initiée par le rayonnement ultra- violet en extérieur, et 3) la contamination provenant du support lors du prélèvement. Finalement une étude de population a été réalisée sur 35 graffitis de la région lausannoise et les résultats comparés à l'étude de marché des bonbonnes en spray. La dernière partie de ce travail s'est concentrée sur l'étape de prise de décision lors de la comparaison de spectres deux-à-deux, en essayant premièrement de comprendre la pratique actuelle au sein des laboratoires au moyen d'un questionnaire, puis de proposer une méthode statistique de comparaison permettant d'améliorer l'objectivité et la transparence lors de la prise de décision. Une méthode de comparaison basée sur la corrélation entre les spectres est proposée, et ensuite combinée à une évaluation Bayesienne de l'élément de preuve au niveau de la source et au niveau de l'activité. Finalement des exemples pratiques sont présentés et la méthodologie est discutée afin de définir le rôle précis de l'expert et des statistiques dans la procédure globale d'analyse des peintures. -- Infrared spectroscopy (FTIR) is a technique of choice for analyzing spray paint speciments (i.e. traces) and reference samples (i.e. cans seized from suspects) due to its high discriminating power, sensitivity and sampling possibilities. The comparison of the spectra is currently carried out visually, but this procedure has limitations such as the subjectivity in the decision due to its dependency on the experience and training of the expert. This implies that small differences in the relative intensity of two peaks can be perceived differently by experts, even between analysts working in the same laboratory. When it comes to justifying these differences, some will explain them by the analytical technique, while others will estimate that the observed differences are mostly due to an intrinsic variability from the paint sample and/or its acquired characteristics (for example homogeneity, spraying, or degradation). This work proposes to statistically study the different sources of variability observed in infrared spectra, to identify them, understand them and try to minimize them. The second goal is to propose a procedure for spectra comparison that is more transparent, and allows obtaining reproducible answers being independent from the expert. The first part of the manuscript focuses on the optimization of infrared measurement and on the main analytical parameters. The necessary conditions to obtain reproducible spectra with a minimized variation within a sample (intra-variability) are presented. Following that a procedure of spectral correction is then proposed using pretreatments and variable selection methods, in order to minimize systematic and random errors, and increase simultaneously relevant chemical information. The second part presents a market study of 74 spray paints representative of the Swiss market. The discrimination capabilities of FTIR at the brand and model level are evaluated by means of visual and statistical procedures. The inferior limits of discrimination are tested on paints coming from the same brand and model, but from different production batches. The results showed that the pigment composition was particularly discriminatory, because of the corrections and adjustments made to the paint color during its manufacturing process. The features associated with spray paint traces (graffitis, droplets) were also tested. Three elements were identified and their influence on the resulting infrared spectra were tested: 1) the minimum shaking time necessary to obtain a sufficient homogeneity of the paint and subsequently of the painted surface, 2) the degradation initiated by ultraviolet radiation in an exterior environment, and 3) the contamination from the support when paint is recovered. Finally a population study was performed on 35 graffitis coming from the city of Lausanne and surroundings areas, and the results were compared to the previous market study of spray cans. The last part concentrated on the decision process during the pairwise comparison of spectra. First, an understanding of the actual practice among laboratories was initiated by submitting a questionnaire. Then, a proposition for a statistical method of comparison was advanced to improve the objectivity and transparency during the decision process. A method of comparison based on the correlation between spectra is proposed, followed by the integration into a Bayesian framework at both source and activity levels. Finally, some case examples are presented and the recommended methodology is discussed in order to define the role of the expert as well as the contribution of the tested statistical approach within a global analytical sequence for paint examinations.

Robust Estimates of the Negative Binomial Model

We consider robust parametric procedures for univariate discrete distributions, focusing on the negative binomial model. The procedures are based on three steps: ?First, a very robust, but possibly inefficient, estimate of the model parameters is computed. ?Second, this initial model is used to identify outliers, which are then removed from the sample. ?Third, a corrected maximum likelihood estimator is computed with the remaining observations. The final estimate inherits the breakdown point (bdp) of the initial one and its efficiency can be significantly higher. Analogous procedures were proposed in [1], [2], [5] for the continuous case. A comparison of the asymptotic bias of various estimates under point contamination points out the minimum Neyman's chi-squared disparity estimate as a good choice for the initial step. Various minimum disparity estimators were explored by Lindsay [4], who showed that the minimum Neyman's chi-squared estimate has a 50% bdp under point contamination; in addition, it is asymptotically fully efficient at the model. However, the finite sample efficiency of this estimate under the uncontaminated negative binomial model is usually much lower than 100% and the bias can be strong. We show that its performance can then be greatly improved using the three step procedure outlined above. In addition, we compare the final estimate with the procedure described in

Stratégies d'activation du droit dans les politiques environnementales. Cas autour des bisses valaisans.

Alors que les politiques environnementales se sont développées de manière exponentielle ces dernières décennies, les problèmes demeurent. C'est que l'adoption d'une règle ne constitue jamais une fin en soi. Encore faut-il, pour qu'elle produise ses effets, que les acteurs se l'approprient, la traduisent comme une prescription au niveau de l'action. Or ce processus d'appropriation, loin d'être automatique, est émaillé de rapports de force et d'arrangements, de stratégies complémentaires ou concurrentes. Tous les acteurs ne poursuivent dans ce cadre pas des objectifs de concrétisation, certains cherchant au contraire à contourner ou à instrumentaliser les règles, à atténuer leurs effets ou à favoriser des solutions sur mesure. Il y a, clairement, une distance de la règle à l'action. Le présent ouvrage met en lumière la dimension politique de ces processus à travers le développement du concept de stratégies d'activation du droit. Relevant autant de démarches de concrétisation que de logiques alternatives (passivité, détournement, contournement, innovation), elles sont placées au coeur de la réflexion. Au final, le propos souligne l'intérêt d'une approche moins managériale de la mise en oeuvre. Les stratégies d'activation contribuent à mettre en évidence un répertoire très fin de jeux d'acteurs, à systématiser une analyse actorielle souvent réduite au minimum en raison de la difficulté à en rendre compte. L'ouvrage apporte en ce sens une véritable plus-value à l'analyse des politiques publiques.

Error models in hydrogeology applications

Notre consommation en eau souterraine, en particulier comme eau potable ou pour l'irrigation, a considérablement augmenté au cours des années. De nombreux problèmes font alors leur apparition, allant de la prospection de nouvelles ressources à la remédiation des aquifères pollués. Indépendamment du problème hydrogéologique considéré, le principal défi reste la caractérisation des propriétés du sous-sol. Une approche stochastique est alors nécessaire afin de représenter cette incertitude en considérant de multiples scénarios géologiques et en générant un grand nombre de réalisations géostatistiques. Nous rencontrons alors la principale limitation de ces approches qui est le coût de calcul dû à la simulation des processus d'écoulements complexes pour chacune de ces réalisations. Dans la première partie de la thèse, ce problème est investigué dans le contexte de propagation de l'incertitude, oú un ensemble de réalisations est identifié comme représentant les propriétés du sous-sol. Afin de propager cette incertitude à la quantité d'intérêt tout en limitant le coût de calcul, les méthodes actuelles font appel à des modèles d'écoulement approximés. Cela permet l'identification d'un sous-ensemble de réalisations représentant la variabilité de l'ensemble initial. Le modèle complexe d'écoulement est alors évalué uniquement pour ce sousensemble, et, sur la base de ces réponses complexes, l'inférence est faite. Notre objectif est d'améliorer la performance de cette approche en utilisant toute l'information à disposition. Pour cela, le sous-ensemble de réponses approximées et exactes est utilisé afin de construire un modèle d'erreur, qui sert ensuite à corriger le reste des réponses approximées et prédire la réponse du modèle complexe. Cette méthode permet de maximiser l'utilisation de l'information à disposition sans augmentation perceptible du temps de calcul. La propagation de l'incertitude est alors plus précise et plus robuste. La stratégie explorée dans le premier chapitre consiste à apprendre d'un sous-ensemble de réalisations la relation entre les modèles d'écoulement approximé et complexe. Dans la seconde partie de la thèse, cette méthodologie est formalisée mathématiquement en introduisant un modèle de régression entre les réponses fonctionnelles. Comme ce problème est mal posé, il est nécessaire d'en réduire la dimensionnalité. Dans cette optique, l'innovation du travail présenté provient de l'utilisation de l'analyse en composantes principales fonctionnelles (ACPF), qui non seulement effectue la réduction de dimensionnalités tout en maximisant l'information retenue, mais permet aussi de diagnostiquer la qualité du modèle d'erreur dans cet espace fonctionnel. La méthodologie proposée est appliquée à un problème de pollution par une phase liquide nonaqueuse et les résultats obtenus montrent que le modèle d'erreur permet une forte réduction du temps de calcul tout en estimant correctement l'incertitude. De plus, pour chaque réponse approximée, une prédiction de la réponse complexe est fournie par le modèle d'erreur. Le concept de modèle d'erreur fonctionnel est donc pertinent pour la propagation de l'incertitude, mais aussi pour les problèmes d'inférence bayésienne. Les méthodes de Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC) sont les algorithmes les plus communément utilisés afin de générer des réalisations géostatistiques en accord avec les observations. Cependant, ces méthodes souffrent d'un taux d'acceptation très bas pour les problèmes de grande dimensionnalité, résultant en un grand nombre de simulations d'écoulement gaspillées. Une approche en deux temps, le "MCMC en deux étapes", a été introduite afin d'éviter les simulations du modèle complexe inutiles par une évaluation préliminaire de la réalisation. Dans la troisième partie de la thèse, le modèle d'écoulement approximé couplé à un modèle d'erreur sert d'évaluation préliminaire pour le "MCMC en deux étapes". Nous démontrons une augmentation du taux d'acceptation par un facteur de 1.5 à 3 en comparaison avec une implémentation classique de MCMC. Une question reste sans réponse : comment choisir la taille de l'ensemble d'entrainement et comment identifier les réalisations permettant d'optimiser la construction du modèle d'erreur. Cela requiert une stratégie itérative afin que, à chaque nouvelle simulation d'écoulement, le modèle d'erreur soit amélioré en incorporant les nouvelles informations. Ceci est développé dans la quatrième partie de la thèse, oú cette méthodologie est appliquée à un problème d'intrusion saline dans un aquifère côtier. -- Our consumption of groundwater, in particular as drinking water and for irrigation, has considerably increased over the years and groundwater is becoming an increasingly scarce and endangered resource. Nofadays, we are facing many problems ranging from water prospection to sustainable management and remediation of polluted aquifers. Independently of the hydrogeological problem, the main challenge remains dealing with the incomplete knofledge of the underground properties. Stochastic approaches have been developed to represent this uncertainty by considering multiple geological scenarios and generating a large number of realizations. The main limitation of this approach is the computational cost associated with performing complex of simulations in each realization. In the first part of the thesis, we explore this issue in the context of uncertainty propagation, where an ensemble of geostatistical realizations is identified as representative of the subsurface uncertainty. To propagate this lack of knofledge to the quantity of interest (e.g., the concentration of pollutant in extracted water), it is necessary to evaluate the of response of each realization. Due to computational constraints, state-of-the-art methods make use of approximate of simulation, to identify a subset of realizations that represents the variability of the ensemble. The complex and computationally heavy of model is then run for this subset based on which inference is made. Our objective is to increase the performance of this approach by using all of the available information and not solely the subset of exact responses. Two error models are proposed to correct the approximate responses follofing a machine learning approach. For the subset identified by a classical approach (here the distance kernel method) both the approximate and the exact responses are knofn. This information is used to construct an error model and correct the ensemble of approximate responses to predict the "expected" responses of the exact model. The proposed methodology makes use of all the available information without perceptible additional computational costs and leads to an increase in accuracy and robustness of the uncertainty propagation. The strategy explored in the first chapter consists in learning from a subset of realizations the relationship between proxy and exact curves. In the second part of this thesis, the strategy is formalized in a rigorous mathematical framework by defining a regression model between functions. As this problem is ill-posed, it is necessary to reduce its dimensionality. The novelty of the work comes from the use of functional principal component analysis (FPCA), which not only performs the dimensionality reduction while maximizing the retained information, but also allofs a diagnostic of the quality of the error model in the functional space. The proposed methodology is applied to a pollution problem by a non-aqueous phase-liquid. The error model allofs a strong reduction of the computational cost while providing a good estimate of the uncertainty. The individual correction of the proxy response by the error model leads to an excellent prediction of the exact response, opening the door to many applications. The concept of functional error model is useful not only in the context of uncertainty propagation, but also, and maybe even more so, to perform Bayesian inference. Monte Carlo Markov Chain (MCMC) algorithms are the most common choice to ensure that the generated realizations are sampled in accordance with the observations. Hofever, this approach suffers from lof acceptance rate in high dimensional problems, resulting in a large number of wasted of simulations. This led to the introduction of two-stage MCMC, where the computational cost is decreased by avoiding unnecessary simulation of the exact of thanks to a preliminary evaluation of the proposal. In the third part of the thesis, a proxy is coupled to an error model to provide an approximate response for the two-stage MCMC set-up. We demonstrate an increase in acceptance rate by a factor three with respect to one-stage MCMC results. An open question remains: hof do we choose the size of the learning set and identify the realizations to optimize the construction of the error model. This requires devising an iterative strategy to construct the error model, such that, as new of simulations are performed, the error model is iteratively improved by incorporating the new information. This is discussed in the fourth part of the thesis, in which we apply this methodology to a problem of saline intrusion in a coastal aquifer.

Geospatial approach for defining the Wildland-Urban Interface in the Alpine environment

Problems related to fire hazard and fire management have become in recent decades one of the most relevant issues in the Wildland-Urban Interface (WUI), that is the area where human infrastructures meet or intermingle with natural vegetation. In this paper we develop a robust geospatial method for defining and mapping the WUI in the Alpine environment, where most interactions between infrastructures and wildland vegetation concern the fire ignition through human activities, whereas no significant threats exist for infrastructures due to contact with burning vegetation. We used the three Alpine Swiss cantons of Ticino, Valais and Grisons as the study area. The features representing anthropogenic infrastructures (urban or infrastructural components of the WUI) as well as forest cover related features (wildland component of the WUI) were selected from the Swiss Topographic Landscape Model (TLM3D). Georeferenced forest fire occurrences derived from the WSL Swissfire database were used to define suitable WUI interface distances. The Random Forest algorithm was applied to estimate the importance of predictor variables to fire ignition occurrence. This revealed that buildings and drivable roads are the most relevant anthropogenic components with respect to fire ignition. We consequently defined the combination of drivable roads and easily accessible (i.e. 100 m from the next drivable road) buildings as the WUI-relevant infrastructural component. For the definition of the interface (buffer) distance between WUI infrastructural and wildland components, we computed the empirical cumulative distribution functions (ECDF) of the percentage of ignition points (observed and simulated) arising at increasing distances from the selected infrastructures. The ECDF facilitates the calculation of both the distance at which a given percentage of ignition points occurred and, in turn, the amount of forest area covered at a given distance. Finally, we developed a GIS ModelBuilder routine to map the WUI for the selected buffer distance. The approach was found to be reproducible, robust (based on statistical analyses for evaluating parameters) and flexible (buffer distances depending on the targeted final area covered) so that fire managers may use it to detect WUI according to their specific priorities.

Combining conservative and variable markers to inferthe evolutionary history of Prunus subgen. Amygdalus s.l.under domestication

The genus Prunus L. is large and economically important. However, phylogenetic relationships within Prunus at low taxonomic level, particularly in the subgenus Amygdalus L. s.l., remain poorly investigated. This paper attempts to document the evolutionary history of Amygdalus s.l. and establishes a temporal framework, by assembling molecular data from conservative and variable molecular markers. The nuclear s6pdh gene in combination with the plastid trnSG spacer are analyzed with bayesian and maximum likelihood methods. Since previous phylogenetic analysis with these markers lacked resolution, we additionally analyzed 13 nuclear SSR loci with the δµ2 distance, followed by an unweighted pair group method using arithmetic averages algorithm. Our phylogenetic analysis with both sequence and SSR loci confirms the split between sections Amygdalus and Persica, comprising almonds and peaches, respectively. This result is in agreement with biogeographic data showing that each of the two sections is naturally distributed on each side of the Central Asian Massif chain. Using coalescent based estimations, divergence times between the two sections strongly varied when considering sequence data only or combined with SSR. The sequence-only based estimate (5 million years ago) was congruent with the Central Asian Massif orogeny and subsequent climate change. Given the low level of differentiation within the two sections using both marker types, the utility of combining microsatellites and data sequences to address phylogenetic relationships at low taxonomic level within Amygdalus is discussed. The recent evolutionary histories of almond and peach are discussed in view of the domestication processes that arose in these two phenotypically-diverging gene pools: almonds and peaches were domesticated from the Amygdalus s.s. and Persica sections, respectively. Such economically important crops may serve as good model to study divergent domestication process in close genetic pool.

Orthoptic Sequelae Following Conservative Management of Pure Blowout Orbital Fractures: Anecdotal or Clinically Relevant?

The aim of this study was to prospectively assess the prevalence of orthoptic anomalies following conservative management of pure blowout orbital fractures and to evaluate their clinical relevance. Clinical and radiologic data of patients with unilateral conservatively managed pure blowout orbital fractures with a minimum follow-up of 6 months were reviewed. Eligible patients were contacted and invited to undergo an extended ophthalmologic examination as follows: distance and near visual acuities, Hertel exophthalmometry, corneal light reflex (Hirschberg test), ductions and versions in the 6 cardinal fields of gaze, eye deviation with prisms and alternate cover test in all of the 9-gaze directions with Maddox rod, degrees of incyclo/excyclotorsion with right and left eye fixation, horizontal and vertical deviation with Hess-Weiss coordimetry, degree of horizontal/vertical and incyclo/excyclotorsion deviation with Harms wall deviometry, and vertical deviation with Bielschowsky head-tilt test. Of the 69 patients contacted, 49 declined to participate given that they were asymptomatic. Twenty patients agreed to undergo the examination. One patient complained of minimal double vision limited to the extreme downgaze. Four patients had asymptomatic ocular motility disturbances limited to the extreme gaze. Seven patients had asymptomatic horizontal heterophoria. These disturbances did not interfere with daily or professional activities in any of the patients. The current study demonstrated that conservative management of pure orbital blowout fractures can result in orthoptic anomalies. These sequelae were restricted to a very limited portion of the binocular field of the vision and were not found to be clinically relevant.