Les symbioses industrielles : une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques

RésuméCette thèse traite d'un domaine d'application de l'écologie industrielle, les symbioses industrielles, comme stratégie d'amélioration de la consommation des ressources matérielles et énergétiques et de la gestion des déchets par les activités économiques. Les symbioses industrielles cherchent à créer de nouvelles collaborations directement entre les acteurs économiques d'un territoire dans le but d'échanger de l'information, des matières premières et des déchets, et d'intensifier les mutualisations de services et d'infrastructures possibles entre entreprises voisines. Ces quatre types de collaboration sont représentés schématiquement dans la figure ci-dessous.Dans ce travail, la détection et la mise en oeuvre de symbioses industrielles sont abordées sous plusieurs angles. Les recherches réalisées concernent le développement de procédures de mise en oeuvre s'adressant aux collectivités publiques, aux institutions académiques et aux bureaux de conseil dans le domaine de l'environnement. Les objectifs des procédures sont de créer une dynamique de collaboration et de confiance entre les acteurs économiques et l'administration publique d'un territoire afin de détecter des symbioses industrielles potentielles. Ces procédures requièrent la gestion de grandes quantités d'informations relatives aux flux de matière et d'énergie.Un travail de terrain, réalisé sur les territoires du canton de Genève et de Lausanne Région et utilisé comme études de cas, a permis de mettre en évidence un grand nombre de symbioses industrielles qui existent déjà en Suisse romande. Plusieurs dizaines d'exemples ont été identifiés principalement dans lesdomaines de la gestion de l'eau, de l'énergie, des produits chimiques et des matériaux de construction. La législation suisse autoriserait cependant la concrétisation de nombreuses autres opportunités. Dans cette recherche, celles-ci sont évaluées techniquement, légalement, économiquement et environnementalement. La création d'un référentiel d'évaluation des opportunités permet de déterminer quelles sont les symbioses industrielles techniquement réalisables et pertinentes dans le contexte suisse et dans quels cas celles-ci représenteraient une réelle plus-value par rapport à l'utilisation actuelle de la ressource et aux filières existantes de collecte et de valorisation des déchets.Finalement, un logiciel, SymbioGIS, destiné à soutenir la détection et l'évaluation de symbioses industrielles potentielles a été développé. Il s'agit d'une interface web accessible pour de nombreux utilisateurs, couplée à une interface de systèmes d'information géographique. En plus de la détection de symbioses industrielles, plusieurs fonctionnalités sont proposées pour faciliter la prise en compte des flux de matière et d'énergie dans les problématiques liées à l'aménagement du territoire et au positionnement des activités économiques.En conclusion, cette recherche met en évidence la nécessité de rapprocher les institutions publiques en charge de la protection de l'environnement, de la promotion économique et de l'aménagement du territoire pour favoriser l'essor des symbioses industrielles comme stratégie pour la gestion des ressources matérielles et énergétiques. Elle propose des pistes pour intensifier les collaborations entre ces domaines et accélérer le partage des connaissances liées aux flux de matière et d'énergie et à leur cheminement au sein des activités économiques afin de rendre le système industriel existant en Suisse romande viable à long terme. Parallèlement, elle étudie les possibilités de transposer ces considérations et les procédures et outils développés dans le contexte économique et social de la région Asie-Pacifique, où se trouvent aujourd'hui de nombreuses activités de production.SummaryIndustrial symbioses: A new strategy for improving how economic activities use material and energy resourcesThis thesis focuses on one application of industrial ecology, industrial symbioses, as a strategy for improving how economic activities consume material and energy resources. Industrial symbioses seek to create new collaborations among economic players with the goal of exchanging information, raw materials, and waste directly among area businesses, and to step up the potential pooling of services and infrastructure among neighboring companies.The identification and implementation of industrial symbioses are studied from several angles. The research first examines the development of implementation procedures for government bodies, academic institutions, and environmental consulting services. The purpose of the procedures is to create a dynamic of collaboration and trust between the economic players and the public officials in a region in order to identify potential industrial symbioses. The procedures necessitate managing large amounts of information about material and energy flows.Fieldwork conducted in the canton of Geneva and the Lausanne region, and used as case studies for the research, highlights a great number of industrial symbioses that already exist in French-speaking Switzerland. Several dozen examples are identified, primarily in the areas of water management, energy, chemical products, and building materials; however, Swiss law would permit many others. The research evaluates these opportunities from a technical, legal, economic, and environmental standpoint. By developing an assessment framework it is possible to determine which industrial symbioses are technically feasible and pertinent in Switzerland, and under what circumstances they would represent real added value compared to the current use of the resource and to existing systems for collecting and reusing waste.Lastly, SymbioGIS software was developed to help identify and assess potential industrial symbioses. The program's Web-based interface can be accessed by multiple users and is coupled with an interface that provides geographic information. In addition to identifying industrial symbioses, several program functionalities make it easier to consider material and energy flows with regard to local development issues and siting economic activities.In conclusion, the research highlights the need to bring together public institutions charged with protecting the environment, promoting economic activity, and overseeing development in order to foster the expansion of industrial symbioses as a strategy for managing material and energy resources. It proposes solutions for stepping up collaboration among these players and accelerating the sharing of knowledge about material and energy flows and their paths within economic activities with the goal of making theexisting industrial system in French-speaking Switzerland viable long-term. Also examined were thepossibilities of transposing these considerations and the study's findings about Switzerland to the economic and social context of the Asia-Pacific region, where much production is now located.

MIMAS 3.0 is a Multiomics Information Management and Annotation System.

BACKGROUND: DNA sequence integrity, mRNA concentrations and protein-DNA interactions have been subject to genome-wide analyses based on microarrays with ever increasing efficiency and reliability over the past fifteen years. However, very recently novel technologies for Ultra High-Throughput DNA Sequencing (UHTS) have been harnessed to study these phenomena with unprecedented precision. As a consequence, the extensive bioinformatics environment available for array data management, analysis, interpretation and publication must be extended to include these novel sequencing data types. DESCRIPTION: MIMAS was originally conceived as a simple, convenient and local Microarray Information Management and Annotation System focused on GeneChips for expression profiling studies. MIMAS 3.0 enables users to manage data from high-density oligonucleotide SNP Chips, expression arrays (both 3'UTR and tiling) and promoter arrays, BeadArrays as well as UHTS data using MIAME-compliant standardized vocabulary. Importantly, researchers can export data in MAGE-TAB format and upload them to the EBI's ArrayExpress certified data repository using a one-step procedure. CONCLUSION: We have vastly extended the capability of the system such that it processes the data output of six types of GeneChips (Affymetrix), two different BeadArrays for mRNA and miRNA (Illumina) and the Genome Analyzer (a popular Ultra-High Throughput DNA Sequencer, Illumina), without compromising on its flexibility and user-friendliness. MIMAS, appropriately renamed into Multiomics Information Management and Annotation System, is currently used by scientists working in approximately 50 academic laboratories and genomics platforms in Switzerland and France. MIMAS 3.0 is freely available via http://multiomics.sourceforge.net/.

Proposition d'un concept de contrôle de gestion pour la division "infrastructure routière" de l'Office fédéral des routes (OFROU)

La présente étude propose une méthodologie aboutissant à la conception d'un système de contrôle de gestion pour la division « infrastructure routière » ou « I » de l'Office fédéral des routes (OFROU). La première partie de ce travail situe l'OFROU dans son contexte de réformes et identifie les raisons qui justifient l'implantation d'un système de contrôle de gestion à l'OFROU. La deuxième partie pose les jalons permettant d'établir un contrôle de gestion dans sa division « I ». Elle cherche d'abord à donner une définition du contrôle de gestion dans le secteur public, puis présente un état des lieux du système de gestion existant. Finalement, les systèmes de contrôle de gestion de deux autres offices GMEB, MétéoSuisse et armasuisse immobilier, sont analysés afin d'en tirer des éléments pertinents pouvant servir à la conception du contrôle de gestion à l'OFROU. La troisième propose un contrôle de gestion pour la division « I ». Le travail montre que la réalisation d'un concept de contrôle de gestion pour la division « I » n'est pas évidente. Cette dernière, qui est en train de se mettre en place, manque encore d'expérience pour identifier clairement les éléments clé à insérer dans le système. On observe un grand embarras entre le stade du savoir et celui du savoir faire concret. La méthodologie et l'analyse présentées dans ce travail pourraient contribuer à développer un savoir faire interne aboutissant rapidement à la mise sur pied d'un système de contrôle de gestion pour la division « I ». Die vorliegende Studie schlägt eine Methodik zur Erarbeitung eines Management-Kontrollsystems für die Abteilung « Strasseninfrastruktur » oder « I » des Bundesamts für Strassen (ASTRA) vor. Der erste Teil dieser Arbeit stellt das ASTRA im Spannungsfeld dieser Reformen. Ihre Konsequenzen lassen die Einführung eines Management-Kontrollsystems im ASTRA folgerichtig erscheinen. Im zweiten Teil geht es darum, Wegmarken zu setzen, die die Einführung einer Managementkontrolle in der Abteilung « I » in die richtigen Bahnen lenken. Es wird versucht, eine Begriffsbestimmung der Managementkontrolle im öffentlichen Sektor sowie eine Bestandesaufnahme der bestehenden Systeme vorzunehmen. Schliesslich werden die Management-Kontrollsysteme zweier anderer FLAG-Ämter, MeteoSchweiz und armasuisse immobilier, auf mögliche Nutzen für den Aufbau der Managementkontrolle des ASTRA analysiert. Der dritte Teil beinhaltet einen Vorschlag, wie die Management-Kontrolle für die Abteilung « I » aussehen könnte. Die Arbeit zeigt, dass die Erarbeitung eines Management-Kontrollkonzepts für die Abteilung « I » keine einfache Aufgabe ist. Es fehlt an Erfahrung, um die Schlüsselbausteine des Systems erkennen zu können. Zwischen dem Stadium des Wissens und dem des konkreten Know-hows klafft ein empfindlicher Graben. Methodik und Analyse, wie sie in der vorliegenden Arbeit beschrieben werden, könnten zum Aufbau eines internen Know-hows beitragen, das die rasche Verwirklichung eines Management-Kontrollsystems für die Abteilung « I » erlauben könnte.

Viability and Management of an Endangered Capercaillie (Tetrao urogallus) Metapopulation in the Jura Mountains, Western Switzerland

The populations of Capercaillie (Tetrao urogallus), the largest European grouse, have seriously declined during the last century over most of their distribution in western and central Europe. In the Jura mountains, the relict population is now isolated and critically endangered (about 500 breeding adults). We developed a simulation software (TetrasPool) that accounts for age and spatial structure as well as stochastic processes, to perform a viability analysis and explore management scenarios for this population, capitalizing on a 24 years-long series of field data. Simulations predict a marked decline and a significant extinction risk over the next century, largely due to environmental and demographic stochasticity (average values of life-history parameters would otherwise allow stability). Variances among scenarios mainly stem from uncertainties about the shape and intensity of density dependence. Uncertainty analyses suggest to focus conservation efforts on enhancing, not only adult survival (as often advocated for long-lived species), but also recruitment. The juvenile stage matters when local populations undergo extinctions, because it ensures connectivity and recolonization. Besides limiting human perturbations, a silvicultural strategy aimed at opening forest structure should improve the quality and surface of available patches, independent of their size and localization. Such measures are to be taken urgently, if the population is to be saved.

SBML qualitative models: a model representation format and infrastructure to foster interactions between qualitative modelling formalisms and tools.

BACKGROUND: Qualitative frameworks, especially those based on the logical discrete formalism, are increasingly used to model regulatory and signalling networks. A major advantage of these frameworks is that they do not require precise quantitative data, and that they are well-suited for studies of large networks. While numerous groups have developed specific computational tools that provide original methods to analyse qualitative models, a standard format to exchange qualitative models has been missing. RESULTS: We present the Systems Biology Markup Language (SBML) Qualitative Models Package ("qual"), an extension of the SBML Level 3 standard designed for computer representation of qualitative models of biological networks. We demonstrate the interoperability of models via SBML qual through the analysis of a specific signalling network by three independent software tools. Furthermore, the collective effort to define the SBML qual format paved the way for the development of LogicalModel, an open-source model library, which will facilitate the adoption of the format as well as the collaborative development of algorithms to analyse qualitative models. CONCLUSIONS: SBML qual allows the exchange of qualitative models among a number of complementary software tools. SBML qual has the potential to promote collaborative work on the development of novel computational approaches, as well as on the specification and the analysis of comprehensive qualitative models of regulatory and signalling networks.

Improving globally distributed software development and support processes - A workflow view

We propose a new approach and related indicators for globally distributed software support and development based on a 3-year process improvement project in a globally distributed engineering company. The company develops, delivers and supports a complex software system with tailored hardware components and unique end-customer installations. By applying the domain knowledge from operations management on lead time reduction and its multiple benefits to process performance, the workflows of globally distributed software development and multitier support processes were measured and monitored throughout the company. The results show that the global end-to-end process visibility and centrally managed reporting at all levels of the organization catalyzed a change process toward significantly better performance. Due to the new performance indicators based on lead times and their variation with fixed control procedures, the case company was able to report faster bug-fixing cycle times, improved response times and generally better customer satisfaction in its global operations. In all, lead times to implement new features and to respond to customer issues and requests were reduced by 50%.

The business model ontology a proposition in a design science approach

The goal of this dissertation is to find and provide the basis for a managerial tool that allows a firm to easily express its business logic. The methodological basis for this work is design science, where the researcher builds an artifact to solve a specific problem. In this case the aim is to provide an ontology that makes it possible to explicit a firm's business model. In other words, the proposed artifact helps a firm to formally describe its value proposition, its customers, the relationship with them, the necessary intra- and inter-firm infrastructure and its profit model. Such an ontology is relevant because until now there is no model that expresses a company's global business logic from a pure business point of view. Previous models essentially take an organizational or process perspective or cover only parts of a firm's business logic. The four main pillars of the ontology, which are inspired by management science and enterprise- and processmodeling, are product, customer interface, infrastructure and finance. The ontology is validated by case studies, a panel of experts and managers. The dissertation also provides a software prototype to capture a company's business model in an information system. The last part of the thesis consists of a demonstration of the value of the ontology in business strategy and Information Systems (IS) alignment. Structure of this thesis: The dissertation is structured in nine parts: Chapter 1 presents the motivations of this research, the research methodology with which the goals shall be achieved and why this dissertation present a contribution to research. Chapter 2 investigates the origins, the term and the concept of business models. It defines what is meant by business models in this dissertation and how they are situated in the context of the firm. In addition this chapter outlines the possible uses of the business model concept. Chapter 3 gives an overview of the research done in the field of business models and enterprise ontologies. Chapter 4 introduces the major contribution of this dissertation: the business model ontology. In this part of the thesis the elements, attributes and relationships of the ontology are explained and described in detail. Chapter 5 presents a case study of the Montreux Jazz Festival which's business model was captured by applying the structure and concepts of the ontology. In fact, it gives an impression of how a business model description based on the ontology looks like. Chapter 6 shows an instantiation of the ontology into a prototype tool: the Business Model Modelling Language BM2L. This is an XML-based description language that allows to capture and describe the business model of a firm and has a large potential for further applications. Chapter 7 is about the evaluation of the business model ontology. The evaluation builds on literature review, a set of interviews with practitioners and case studies. Chapter 8 gives an outlook on possible future research and applications of the business model ontology. The main areas of interest are alignment of business and information technology IT/information systems IS and business model comparison. Finally, chapter 9 presents some conclusions.

Linking landscape- and population ecology for large population management modelling: the case of Ibex (capra ibex) in Switzerland

La biologie de la conservation est communément associée à la protection de petites populations menacées d?extinction. Pourtant, il peut également être nécessaire de soumettre à gestion des populations surabondantes ou susceptibles d?une trop grande expansion, dans le but de prévenir les effets néfastes de la surpopulation. Du fait des différences tant quantitatives que qualitatives entre protection des petites populations et contrôle des grandes, il est nécessaire de disposer de modèles et de méthodes distinctes. L?objectif de ce travail a été de développer des modèles prédictifs de la dynamique des grandes populations, ainsi que des logiciels permettant de calculer les paramètres de ces modèles et de tester des scénarios de gestion. Le cas du Bouquetin des Alpes (Capra ibex ibex) - en forte expansion en Suisse depuis sa réintroduction au début du XXème siècle - servit d?exemple. Cette tâche fut accomplie en trois étapes : En premier lieu, un modèle de dynamique locale, spécifique au Bouquetin, fut développé : le modèle sous-jacent - structuré en classes d?âge et de sexe - est basé sur une matrice de Leslie à laquelle ont été ajoutées la densité-dépendance, la stochasticité environnementale et la chasse de régulation. Ce modèle fut implémenté dans un logiciel d?aide à la gestion - nommé SIM-Ibex - permettant la maintenance de données de recensements, l?estimation automatisée des paramètres, ainsi que l?ajustement et la simulation de stratégies de régulation. Mais la dynamique d?une population est influencée non seulement par des facteurs démographiques, mais aussi par la dispersion et la colonisation de nouveaux espaces. Il est donc nécessaire de pouvoir modéliser tant la qualité de l?habitat que les obstacles à la dispersion. Une collection de logiciels - nommée Biomapper - fut donc développée. Son module central est basé sur l?Analyse Factorielle de la Niche Ecologique (ENFA) dont le principe est de calculer des facteurs de marginalité et de spécialisation de la niche écologique à partir de prédicteurs environnementaux et de données d?observation de l?espèce. Tous les modules de Biomapper sont liés aux Systèmes d?Information Géographiques (SIG) ; ils couvrent toutes les opérations d?importation des données, préparation des prédicteurs, ENFA et calcul de la carte de qualité d?habitat, validation et traitement des résultats ; un module permet également de cartographier les barrières et les corridors de dispersion. Le domaine d?application de l?ENFA fut exploré par le biais d?une distribution d?espèce virtuelle. La comparaison à une méthode couramment utilisée pour construire des cartes de qualité d?habitat, le Modèle Linéaire Généralisé (GLM), montra qu?elle était particulièrement adaptée pour les espèces cryptiques ou en cours d?expansion. Les informations sur la démographie et le paysage furent finalement fusionnées en un modèle global. Une approche basée sur un automate cellulaire fut choisie, tant pour satisfaire aux contraintes du réalisme de la modélisation du paysage qu?à celles imposées par les grandes populations : la zone d?étude est modélisée par un pavage de cellules hexagonales, chacune caractérisée par des propriétés - une capacité de soutien et six taux d?imperméabilité quantifiant les échanges entre cellules adjacentes - et une variable, la densité de la population. Cette dernière varie en fonction de la reproduction et de la survie locale, ainsi que de la dispersion, sous l?influence de la densité-dépendance et de la stochasticité. Un logiciel - nommé HexaSpace - fut développé pour accomplir deux fonctions : 1° Calibrer l?automate sur la base de modèles de dynamique (par ex. calculés par SIM-Ibex) et d?une carte de qualité d?habitat (par ex. calculée par Biomapper). 2° Faire tourner des simulations. Il permet d?étudier l?expansion d?une espèce envahisseuse dans un paysage complexe composé de zones de qualité diverses et comportant des obstacles à la dispersion. Ce modèle fut appliqué à l?histoire de la réintroduction du Bouquetin dans les Alpes bernoises (Suisse). SIM-Ibex est actuellement utilisé par les gestionnaires de la faune et par les inspecteurs du gouvernement pour préparer et contrôler les plans de tir. Biomapper a été appliqué à plusieurs espèces (tant végétales qu?animales) à travers le Monde. De même, même si HexaSpace fut initialement conçu pour des espèces animales terrestres, il pourrait aisément être étndu à la propagation de plantes ou à la dispersion d?animaux volants. Ces logiciels étant conçus pour, à partir de données brutes, construire un modèle réaliste complexe, et du fait qu?ils sont dotés d?une interface d?utilisation intuitive, ils sont susceptibles de nombreuses applications en biologie de la conservation. En outre, ces approches peuvent également s?appliquer à des questions théoriques dans les domaines de l?écologie des populations et du paysage.<br/><br/>Conservation biology is commonly associated to small and endangered population protection. Nevertheless, large or potentially large populations may also need human management to prevent negative effects of overpopulation. As there are both qualitative and quantitative differences between small population protection and large population controlling, distinct methods and models are needed. The aim of this work was to develop theoretical models to predict large population dynamics, as well as computer tools to assess the parameters of these models and to test management scenarios. The alpine Ibex (Capra ibex ibex) - which experienced a spectacular increase since its reintroduction in Switzerland at the beginning of the 20th century - was used as paradigm species. This task was achieved in three steps: A local population dynamics model was first developed specifically for Ibex: the underlying age- and sex-structured model is based on a Leslie matrix approach with addition of density-dependence, environmental stochasticity and culling. This model was implemented into a management-support software - named SIM-Ibex - allowing census data maintenance, parameter automated assessment and culling strategies tuning and simulating. However population dynamics is driven not only by demographic factors, but also by dispersal and colonisation of new areas. Habitat suitability and obstacles modelling had therefore to be addressed. Thus, a software package - named Biomapper - was developed. Its central module is based on the Ecological Niche Factor Analysis (ENFA) whose principle is to compute niche marginality and specialisation factors from a set of environmental predictors and species presence data. All Biomapper modules are linked to Geographic Information Systems (GIS); they cover all operations of data importation, predictor preparation, ENFA and habitat suitability map computation, results validation and further processing; a module also allows mapping of dispersal barriers and corridors. ENFA application domain was then explored by means of a simulated species distribution. It was compared to a common habitat suitability assessing method, the Generalised Linear Model (GLM), and was proven better suited for spreading or cryptic species. Demography and landscape informations were finally merged into a global model. To cope with landscape realism and technical constraints of large population modelling, a cellular automaton approach was chosen: the study area is modelled by a lattice of hexagonal cells, each one characterised by a few fixed properties - a carrying capacity and six impermeability rates quantifying exchanges between adjacent cells - and one variable, population density. The later varies according to local reproduction/survival and dispersal dynamics, modified by density-dependence and stochasticity. A software - named HexaSpace - was developed, which achieves two functions: 1° Calibrating the automaton on the base of local population dynamics models (e.g., computed by SIM-Ibex) and a habitat suitability map (e.g. computed by Biomapper). 2° Running simulations. It allows studying the spreading of an invading species across a complex landscape made of variously suitable areas and dispersal barriers. This model was applied to the history of Ibex reintroduction in Bernese Alps (Switzerland). SIM-Ibex is now used by governmental wildlife managers to prepare and verify culling plans. Biomapper has been applied to several species (both plants and animals) all around the World. In the same way, whilst HexaSpace was originally designed for terrestrial animal species, it could be easily extended to model plant propagation or flying animals dispersal. As these softwares were designed to proceed from low-level data to build a complex realistic model and as they benefit from an intuitive user-interface, they may have many conservation applications. Moreover, theoretical questions in the fields of population and landscape ecology might also be addressed by these approaches.

Prototype of a web-based participative decision support platform in natural hazards and risk management

This paper presents the current state and development of a prototype web-GIS (Geographic Information System) decision support platform intended for application in natural hazards and risk management, mainly for floods and landslides. This web platform uses open-source geospatial software and technologies, particularly the Boundless (formerly OpenGeo) framework and its client side software development kit (SDK). The main purpose of the platform is to assist the experts and stakeholders in the decision-making process for evaluation and selection of different risk management strategies through an interactive participation approach, integrating web-GIS interface with decision support tool based on a compromise programming approach. The access rights and functionality of the platform are varied depending on the roles and responsibilities of stakeholders in managing the risk. The application of the prototype platform is demonstrated based on an example case study site: Malborghetto Valbruna municipality of North-Eastern Italy where flash floods and landslides are frequent with major events having occurred in 2003. The preliminary feedback collected from the stakeholders in the region is discussed to understand the perspectives of stakeholders on the proposed prototype platform.