Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Impact de la cécité sur le système nociceptif

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur.

Axial buckling load of partially encased columns under fire

Partially encased columns have significant fire resistant. However, it is not possible to assess the fire resistance of such members simply by considering the temperature of the steel. The presence of concrete increases the mass and thermal inertia of the member and the variation of temperature within the cross section, in both the steel and concrete components. The annex G of EN1994-1-2 allows to calculate the load carrying capacity of partially encased columns, for a specific fire rating time, considering the balanced summation method. New formulas will be used to calculate the plastic resistance to axial compression and the effective flexural stiffness. These two parameters are used to calculate the buckling resistance. The finite element method is used to compare the results of the elastic critical load for different fire ratings of 30 and 60 minutes. The buckling resistance is also calculated by the finite element method, using an incremental and iterative procedure. This buckling resistance is also compared with the simple calculation method, evaluating the design buckling curve that best fits the results.

Binocular functional architecture for detection of contrast-modulated gratings

Combination of signals from the two eyes is the gateway to stereo vision. To gain insight into binocular signal processing, we studied binocular summation for luminance-modulated gratings (L or LM) and contrast-modulated gratings (CM). We measured 2AFC detection thresholds for a signal grating (0.75 c/deg, 216msec) shown to one eye, both eyes, or both eyes out-of-phase. For LM and CM, the carrier noise was in both eyes, even when the signal was monocular. Mean binocular thresholds for luminance gratings (L) were 5.4dB better than monocular thresholds - close to perfect linear summation (6dB). For LM and CM the binocular advantage was again 5-6dB, even when the carrier noise was uncorrelated, anti-correlated, or at orthogonal orientations in the two eyes. Binocular combination for CM probably arises from summation of envelope responses, and not from summation of these conflicting carrier patterns. Antiphase signals produced no binocular advantage, but thresholds were about 1-3dB higher than monocular ones. This is not consistent with simple linear summation, which should give complete cancellation and unmeasurably high thresholds. We propose a three-channel model in which noisy monocular responses to the envelope are binocularly combined in a contrast-weighted sum, but also remain separately available to perception via a max operator. Vision selects the largest of the three responses. With in-phase gratings the binocular channel dominates, but antiphase gratings cancel in the binocular channel and the monocular channels mediate detection. The small antiphase disadvantage might be explained by a subtle influence of background responses on binocular and monocular detection.

Contrast and lustre:a model that accounts for eleven different forms of contrast discrimination in binocular vision

Our goal here is a more complete understanding of how information about luminance contrast is encoded and used by the binocular visual system. In two-interval forced-choice experiments we assessed observers' ability to discriminate changes in contrast that could be an increase or decrease of contrast in one or both eyes, or an increase in one eye coupled with a decrease in the other (termed IncDec). The base or pedestal contrasts were either in-phase or out-of-phase in the two eyes. The opposed changes in the IncDec condition did not cancel each other out, implying that along with binocular summation, information is also available from mechanisms that do not sum the two eyes' inputs. These might be monocular mechanisms. With a binocular pedestal, monocular increments of contrast were much easier to see than monocular decrements. These findings suggest that there are separate binocular (B) and monocular (L,R) channels, but only the largest of the three responses, max(L,B,R), is available to perception and decision. Results from contrast discrimination and contrast matching tasks were described very accurately by this model. Stimuli, data, and model responses can all be visualized in a common binocular contrast space, allowing a more direct comparison between models and data. Some results with out-of-phase pedestals were not accounted for by the max model of contrast coding, but were well explained by an extended model in which gratings of opposite polarity create the sensation of lustre. Observers can discriminate changes in lustre alongside changes in contrast.

A principal component approach to space-based gravitational wave astronomy

The current approach to data analysis for the Laser Interferometry Space Antenna (LISA) depends on the time delay interferometry observables (TDI) which have to be generated before any weak signal detection can be performed. These are linear combinations of the raw data with appropriate time shifts that lead to the cancellation of the laser frequency noises. This is possible because of the multiple occurrences of the same noises in the different raw data. Originally, these observables were manually generated starting with LISA as a simple stationary array and then adjusted to incorporate the antenna's motions. However, none of the observables survived the flexing of the arms in that they did not lead to cancellation with the same structure. The principal component approach is another way of handling these noises that was presented by Romano and Woan which simplified the data analysis by removing the need to create them before the analysis. This method also depends on the multiple occurrences of the same noises but, instead of using them for cancellation, it takes advantage of the correlations that they produce between the different readings. These correlations can be expressed in a noise (data) covariance matrix which occurs in the Bayesian likelihood function when the noises are assumed be Gaussian. Romano and Woan showed that performing an eigendecomposition of this matrix produced two distinct sets of eigenvalues that can be distinguished by the absence of laser frequency noise from one set. The transformation of the raw data using the corresponding eigenvectors also produced data that was free from the laser frequency noises. This result led to the idea that the principal components may actually be time delay interferometry observables since they produced the same outcome, that is, data that are free from laser frequency noise. The aims here were (i) to investigate the connection between the principal components and these observables, (ii) to prove that the data analysis using them is equivalent to that using the traditional observables and (ii) to determine how this method adapts to real LISA especially the flexing of the antenna. For testing the connection between the principal components and the TDI observables a 10x 10 covariance matrix containing integer values was used in order to obtain an algebraic solution for the eigendecomposition. The matrix was generated using fixed unequal arm lengths and stationary noises with equal variances for each noise type. Results confirm that all four Sagnac observables can be generated from the eigenvectors of the principal components. The observables obtained from this method however, are tied to the length of the data and are not general expressions like the traditional observables, for example, the Sagnac observables for two different time stamps were generated from different sets of eigenvectors. It was also possible to generate the frequency domain optimal AET observables from the principal components obtained from the power spectral density matrix. These results indicate that this method is another way of producing the observables therefore analysis using principal components should give the same results as that using the traditional observables. This was proven by fact that the same relative likelihoods (within 0.3%) were obtained from the Bayesian estimates of the signal amplitude of a simple sinusoidal gravitational wave using the principal components and the optimal AET observables. This method fails if the eigenvalues that are free from laser frequency noises are not generated. These are obtained from the covariance matrix and the properties of LISA that are required for its computation are the phase-locking, arm lengths and noise variances. Preliminary results of the effects of these properties on the principal components indicate that only the absence of phase-locking prevented their production. The flexing of the antenna results in time varying arm lengths which will appear in the covariance matrix and, from our toy model investigations, this did not prevent the occurrence of the principal components. The difficulty with flexing, and also non-stationary noises, is that the Toeplitz structure of the matrix will be destroyed which will affect any computation methods that take advantage of this structure. In terms of separating the two sets of data for the analysis, this was not necessary because the laser frequency noises are very large compared to the photodetector noises which resulted in a significant reduction in the data containing them after the matrix inversion. In the frequency domain the power spectral density matrices were block diagonals which simplified the computation of the eigenvalues by allowing them to be done separately for each block. The results in general showed a lack of principal components in the absence of phase-locking except for the zero bin. The major difference with the power spectral density matrix is that the time varying arm lengths and non-stationarity do not show up because of the summation in the Fourier transform.