Early Tithonian Saturnalidae (Radiolaria) from the Solnhofen area (Southern Franconian Alb, Southern Germany)

In order to complete the study of the very rich early Tithonian (Hybonoticeras hybonotum Zone) radiolarian fauna from the Muhlheim Member of the Mornsheim Formation outcropping in the Solnhofen area, the taxa of the family Saturnalidae are described. Although rather rare, the Saturnalidae of this member contain 14 species, ten of which are new. These species belong to four genera, one of which is new (Moebicircus n. gen.), and two subfamilies (Hexasaturnalinae and Saturnalinae). The taxonomy at generic level of these late Jurassic radiolarians is founded on the basis of the position of the blades along the ring and number and morphology of the spines. Type of spines (simple or forked) has either species level value or none, depending on species. Special attention was given to anomalies, which sometimes are rather frequent, since they can give information of paleobiological and paleoecological orders. Among them frequent cases of open ring and additional spines with Dicerosaturnalis and Siamese twins skeletons with Spongosaturninus and Dicerosaturnalis are to be noted. The authors hope that this new taxonomy will give a better image of the evolution and radiation of the Saturnalidae during the Tithonian.

Multi-scale support vector algorithms for hot spot detection and modelling

The algorithmic approach to data modelling has developed rapidly these last years, in particular methods based on data mining and machine learning have been used in a growing number of applications. These methods follow a data-driven methodology, aiming at providing the best possible generalization and predictive abilities instead of concentrating on the properties of the data model. One of the most successful groups of such methods is known as Support Vector algorithms. Following the fruitful developments in applying Support Vector algorithms to spatial data, this paper introduces a new extension of the traditional support vector regression (SVR) algorithm. This extension allows for the simultaneous modelling of environmental data at several spatial scales. The joint influence of environmental processes presenting different patterns at different scales is here learned automatically from data, providing the optimum mixture of short and large-scale models. The method is adaptive to the spatial scale of the data. With this advantage, it can provide efficient means to model local anomalies that may typically arise in situations at an early phase of an environmental emergency. However, the proposed approach still requires some prior knowledge on the possible existence of such short-scale patterns. This is a possible limitation of the method for its implementation in early warning systems. The purpose of this paper is to present the multi-scale SVR model and to illustrate its use with an application to the mapping of Cs137 activity given the measurements taken in the region of Briansk following the Chernobyl accident.

Acute painful diabetic neuropathy: an uncommon, remittent type of acute distal small fibre neuropathy.

INTRODUCTION: Acute painful diabetic neuropathy (APDN) is a distinctive diabetic polyneuropathy and consists of two subtypes: treatment-induced neuropathy (TIN) and diabetic neuropathic cachexia (DNC). The characteristics of APDN are (1.) the small-fibre involvement, (2.) occurrence paradoxically after short-term achievement of good glycaemia control, (3.) intense pain sensation and (4.) eventual recovery. In the face of current recommendations to achieve quickly glycaemic targets, it appears necessary to recognise and understand this neuropathy. METHODS AND RESULTS: Over 2009 to 2012, we reported four cases of APDN. Four patients (three males and one female) were identified and had a mean age at onset of TIN of 47.7 years (±6.99 years). Mean baseline HbA1c was 14.2% (±1.42) and 7.0% (±3.60) after treatment. Mean estimated time to correct HbA1c was 4.5 months (±3.82 months). Three patients presented with a mean time to symptom resolution of 12.7 months (±1.15 months). One patient had an initial normal electroneuromyogram (ENMG) despite the presence of neuropathic symptoms, and a second abnormal ENMG showing axonal and myelin neuropathy. One patient had a peroneal nerve biopsy showing loss of large myelinated fibres as well as unmyelinated fibres, and signs of microangiopathy. CONCLUSIONS: According to the current recommendations of promptly achieving glycaemic targets, it appears necessary to recognise and understand this neuropathy. Based on our observations and data from the literature we propose an algorithmic approach for differential diagnosis and therapeutic management of APDN patients.

Properties and algorithms of the (n, k)-star graphs

The (n, k)-star interconnection network was proposed in 1995 as an attractive alternative to the n-star topology in parallel computation. The (n, k )-star has significant advantages over the n-star which itself was proposed as an attractive alternative to the popular hypercube. The major advantage of the (n, k )-star network is its scalability, which makes it more flexible than the n-star as an interconnection network. In this thesis, we will focus on finding graph theoretical properties of the (n, k )-star as well as developing parallel algorithms that run on this network. The basic topological properties of the (n, k )-star are first studied. These are useful since they can be used to develop efficient algorithms on this network. We then study the (n, k )-star network from algorithmic point of view. Specifically, we will investigate both fundamental and application algorithms for basic communication, prefix computation, and sorting, etc. A literature review of the state-of-the-art in relation to the (n, k )-star network as well as some open problems in this area are also provided.

Properties and algorithms of the (n, k)-arrangement graphs

The (n, k)-arrangement interconnection topology was first introduced in 1992. The (n, k )-arrangement graph is a class of generalized star graphs. Compared with the well known n-star, the (n, k )-arrangement graph is more flexible in degree and diameter. However, there are few algorithms designed for the (n, k)-arrangement graph up to present. In this thesis, we will focus on finding graph theoretical properties of the (n, k)- arrangement graph and developing parallel algorithms that run on this network. The topological properties of the arrangement graph are first studied. They include the cyclic properties. We then study the problems of communication: broadcasting and routing. Embedding problems are also studied later on. These are very useful to develop efficient algorithms on this network. We then study the (n, k )-arrangement network from the algorithmic point of view. Specifically, we will investigate both fundamental and application algorithms such as prefix sums computation, sorting, merging and basic geometry computation: finding convex hull on the (n, k )-arrangement graph. A literature review of the state-of-the-art in relation to the (n, k)-arrangement network is also provided, as well as some open problems in this area.

Properties and algorithms of the hyper-star graph and its related graphs

The hyper-star interconnection network was proposed in 2002 to overcome the drawbacks of the hypercube and its variations concerning the network cost, which is defined by the product of the degree and the diameter. Some properties of the graph such as connectivity, symmetry properties, embedding properties have been studied by other researchers, routing and broadcasting algorithms have also been designed. This thesis studies the hyper-star graph from both the topological and algorithmic point of view. For the topological properties, we try to establish relationships between hyper-star graphs with other known graphs. We also give a formal equation for the surface area of the graph. Another topological property we are interested in is the Hamiltonicity problem of this graph. For the algorithms, we design an all-port broadcasting algorithm and a single-port neighbourhood broadcasting algorithm for the regular form of the hyper-star graphs. These algorithms are both optimal time-wise. Furthermore, we prove that the folded hyper-star, a variation of the hyper-star, to be maixmally fault-tolerant.

Square Root Finding In Graphs

Abstract: Root and root finding are concepts familiar to most branches of mathematics. In graph theory, H is a square root of G and G is the square of H if two vertices x,y have an edge in G if and only if x,y are of distance at most two in H. Graph square is a basic operation with a number of results about its properties in the literature. We study the characterization and recognition problems of graph powers. There are algorithmic and computational approaches to answer the decision problem of whether a given graph is a certain power of any graph. There are polynomial time algorithms to solve this problem for square of graphs with girth at least six while the NP-completeness is proven for square of graphs with girth at most four. The girth-parameterized problem of root fining has been open in the case of square of graphs with girth five. We settle the conjecture that recognition of square of graphs with girth 5 is NP-complete. This result is providing the complete dichotomy theorem for square root finding problem.

Properties and Algorithms of the KCube Graphs

The KCube interconnection topology was rst introduced in 2010. The KCube graph is a compound graph of a Kautz digraph and hypercubes. Compared with the at- tractive Kautz digraph and well known hypercube graph, the KCube graph could accommodate as many nodes as possible for a given indegree (and outdegree) and the diameter of interconnection networks. However, there are few algorithms designed for the KCube graph. In this thesis, we will concentrate on nding graph theoretical properties of the KCube graph and designing parallel algorithms that run on this network. We will explore several topological properties, such as bipartiteness, Hamiltonianicity, and symmetry property. These properties for the KCube graph are very useful to develop efficient algorithms on this network. We will then study the KCube network from the algorithmic point of view, and will give an improved routing algorithm. In addition, we will present two optimal broadcasting algorithms. They are fundamental algorithms to many applications. A literature review of the state of the art network designs in relation to the KCube network as well as some open problems in this field will also be given.

Approches algorithmiques pour l’inférence d’histoires de duplication en tandem avec inversions et délétions pour des familles multigéniques

[Français] Une fraction importante des génomes eucaryotes est constituée de Gènes Répétés en Tandem (GRT). Un mécanisme fondamental dans l’évolution des GRT est la recombinaison inégale durant la méiose, entrainant la duplication locale (en tandem) de segments chromosomiques contenant un ou plusieurs gènes adjacents. Différents algorithmes ont été proposés pour inférer une histoire de duplication en tandem pour un cluster de GRT. Cependant, leur utilisation est limitée dans la pratique, car ils ne tiennent pas compte d’autres événements évolutifs pourtant fréquents, comme les inversions, les duplications inversées et les délétions. Cette thèse propose différentes approches algorithmiques permettant d’intégrer ces événements dans le modèle de duplication en tandem classique. Nos contributions sont les suivantes: • Intégrer les inversions dans un modèle de duplication en tandem simple (duplication d’un gène à la fois) et proposer un algorithme exact permettant de calculer le nombre minimal d’inversions s’étant produites dans l’évolution d’un cluster de GRT. • Généraliser ce modèle pour l’étude d’un ensemble de clusters orthologues dans plusieurs espèces. • Proposer un algorithme permettant d’inférer l’histoire évolutive d’un cluster de GRT en tenant compte des duplications en tandem, duplications inversées, inversions et délétions de segments chromosomiques contenant un ou plusieurs gènes adjacents.

Nutrition et état de santé : études paléochimique et paléopathologique de la population exhumée du cimetière protestant Saint-Matthew, ville de Québec, Canada (1771-1860)

Quatre-vingt-quinze squelettes humains issus des fouilles archéologiques du cimetière protestant Saint-Matthew (ville de Québec, 1771-1860) ont été étudiés en associant deux aspects de la paléonutrition : la paléochimie et la paléopathologie. Le but de cette recherche est d’explorer la relation entre nutrition et état de santé pour cette population préindustrielle. Des informations directes sur l’alimentation ont été recueillies par l’analyse des isotopes stables du carbone et de l’azote du collagène des os, et des informations indirectes ont été obtenues par une quantification de l’état de santé des individus. Les méthodes paléopathologiques utilisées sont celles de l’« indice de santé » (Steckel et al., 2002) pour la comparaison interpopulationnelle, puis des méthodes comprenant des degrés de sévérité plus précis afin d’étudier les variations intrapopulationnelles. L’analyse de ces données atteste d’un état de santé relativement mauvais par comparaison avec d’autres groupes nord-américains contemporains, malgré une alimentation similaire. Des différences alimentaires ont été observées en fonction des données paléodémographiques (âge, sexe), mettant notamment en évidence une variabilité temporelle dans la réalisation du processus de sevrage. De plus, un régime alimentaire moins riche en ressources C4 (maïs, sucre de canne) et en ressources animales (viande, poissons, produits laitiers) a été constaté pour les enfants entre 2 et 7 ans par rapport aux individus plus vieux. Enfin, une relation possible entre la sévérité de certaines pathologies (cribra orbitalia et périostite) et la consommation des ressources alimentaires en C4 et/ou marines et riches en protéines a été observée.

Computational prediction of neural progenitor cell fates

Understanding how stem and progenitor cells choose between alternative cell fates is a major challenge in developmental biology. Efforts to tackle this problem have been hampered by the scarcity of markers that can be used to predict cell division outcomes. Here we present a computational method, based on algorithmic information theory, to analyze dynamic features of living cells over time. Using this method, we asked whether rat retinal progenitor cells (RPCs) display characteristic phenotypes before undergoing mitosis that could foretell their fate. We predicted whether RPCs will undergo a self-renewing or terminal division with 99% accuracy, or whether they will produce two photoreceptors or another combination of offspring with 87% accuracy. Our implementation can segment, track and generate predictions for 40 cells simultaneously on a standard computer at 5 min per frame. This method could be used to isolate cell populations with specific developmental potential, enabling previously impossible investigations.

Immigration et alimentation à Montréal aux XVIIe et XVIIIe siècles : essai d’interprétation à partir d’analyses isotopiques sur des populations archéologiques

Afin d’étudier l’influence de la migration sur l’alimentation à Montréal aux XVIIe et XVIIIe siècles, 64 individus de la collection du cimetière Notre-Dame, daté de 1691 à 1796, ont fait l’objet d’analyses ostéologiques et isotopiques. Les analyses isotopiques ont portées sur le carbone (d13C) et l’azote (d15N) du collagène des os, ainsi que sur le d13C et l’oxygène (d18O) du carbonate de l’apatite des os et des dents (prémolaires et troisièmes molaires). Le d18O des dents a permis de définir approximativement trois régions d’origine (région de Montréal, région enrichie en 18O (i.e. Acadie, Louisiane, Nouvelle-Angleterre, France, Antilles et Afrique) et région appauvrie en 18O (intérieur des terres et plus au nord) pour 58 individus, et sept possibles parcours migratoire (N=27). Plus de la moitié de l’échantillon est composé d’individus possiblement natifs de Montréal (55 %). De plus, les résultats indiquent que les gens étaient peu mobiles avant l’âge de 16 ans. Toutefois, 12 individus ont entrepris des déplacements entre 7 et 16 ans, majoritairement d’un environnement enrichi vers Montréal (N=5) ou de Montréal vers une région appauvrie (N=5). L’âge de recrutement des mousses sur les navires, la traite de la fourrure, la coupe du bois et possiblement aussi l’esclavage pourraient expliquer cette « jeune » migration. Sur le plan alimentaire, les végétaux de type C3, la viande nourrie aux ressources C3 et le poisson faisaient partie du menu montréalais. Les plantes C4 (majoritairement maïs mais aussi sucre de canne [rhum]) étaient consommées en quantité variable. La question de l’influence de la migration sur l’alimentation n’a pu être explorée en profondeur en raison de contraintes liées à la contamination du d18O du carbonate des os. La combinaison des données ostéologiques et isotopiques à la distribution spatiale des sépultures, a permis d’étudier un aspect de l’archéologie funéraire à l’échelle individuelle (identité possible), sans toutefois fournir de résultats probants, à l’échelle du cimetière et de son organisation globale.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

Una secuencia didáctica para un concepto unificador en un curso de álgebra lineal de un programa de formación a la ingeniería

L’introduction aux concepts unificateurs dans l’enseignement des mathématiques privilégie typiquement l’approche axiomatique. Il n’est pas surprenant de constater qu’une telle approche tend à une algorithmisation des tâches pour augmenter l’efficacité de leur résolution et favoriser la transparence du nouveau concept enseigné (Chevallard, 1991). Cette réponse classique fait néanmoins oublier le rôle unificateur du concept et n’encourage pas à l’utilisation de sa puissance. Afin d’améliorer l’apprentissage d’un concept unificateur, ce travail de thèse étudie la pertinence d’une séquence didactique dans la formation d’ingénieurs centrée sur un concept unificateur de l’algèbre linéaire: la transformation linéaire (TL). La notion d’unification et la question du sens de la linéarité sont abordées à travers l’acquisition de compétences en résolution de problèmes. La séquence des problèmes à résoudre a pour objet le processus de construction d’un concept abstrait (la TL) sur un domaine déjà mathématisé, avec l’intention de dégager l’aspect unificateur de la notion formelle (Astolfi y Drouin, 1992). À partir de résultats de travaux en didactique des sciences et des mathématiques (Dupin 1995; Sfard 1991), nous élaborons des situations didactiques sur la base d’éléments de modélisation, en cherchant à articuler deux façons de concevoir l’objet (« procédurale » et « structurale ») de façon à trouver une stratégie de résolution plus sûre, plus économique et réutilisable. En particulier, nous avons cherché à situer la notion dans différents domaines mathématiques où elle est applicable : arithmétique, géométrique, algébrique et analytique. La séquence vise à développer des liens entre différents cadres mathématiques, et entre différentes représentations de la TL dans les différents registres mathématiques, en s’inspirant notamment dans cette démarche du développement historique de la notion. De plus, la séquence didactique vise à maintenir un équilibre entre le côté applicable des tâches à la pratique professionnelle visée, et le côté théorique propice à la structuration des concepts. L’étude a été conduite avec des étudiants chiliens en formation au génie, dans le premier cours d’algèbre linéaire. Nous avons mené une analyse a priori détaillée afin de renforcer la robustesse de la séquence et de préparer à l’analyse des données. Par l’analyse des réponses au questionnaire d’entrée, des productions des équipes et des commentaires reçus en entrevus, nous avons pu identifier les compétences mathématiques et les niveaux d’explicitation (Caron, 2004) mis à contribution dans l’utilisation de la TL. Les résultats obtenus montrent l’émergence du rôle unificateur de la TL, même chez ceux dont les habitudes en résolution de problèmes mathématiques sont marquées par une orientation procédurale, tant dans l’apprentissage que dans l’enseignement. La séquence didactique a montré son efficacité pour la construction progressive chez les étudiants de la notion de transformation linéaire (TL), avec le sens et les propriétés qui lui sont propres : la TL apparaît ainsi comme un moyen économique de résoudre des problèmes extérieurs à l’algèbre linéaire, ce qui permet aux étudiants d’en abstraire les propriétés sous-jacentes. Par ailleurs, nous avons pu observer que certains concepts enseignés auparavant peuvent agir comme obstacles à l’unification visée. Cela peut ramener les étudiants à leur point de départ, et le rôle de la TL se résume dans ces conditions à révéler des connaissances partielles, plutôt qu’à guider la résolution.

Étude de la formation et de l'évolution de nanostructures par méthodes Monte Carlo

Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés. Nous introduisons les méthodes accélérées conçues pour traiter les événements activés, faisant un survol des développements du domaine. Suit notre premier article, qui traite en détail de la technique d'activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l'activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde. Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie au second article. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par ART-cinétique et l'analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: "réinitialiser et relaxer" ("Replenish-and-Relax"). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d'autres matériaux désordonnés. Par la suite, nous poussons l'analyse plus loin. Le troisième article offre une analyse poussée des mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des "poches amorphes" jouent ce rôle. Nous étudions aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). En effet, après une courte mise en contexte et une introduction méthodologique supplémentaire, le quatrième article décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l'aide d'une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K.