Diagnostic errors and repetitive sequential classifications in on-line process control by attributes

The procedure of on-line process control by attributes, known as Taguchi`s on-line process control, consists of inspecting the mth item (a single item) at every m produced items and deciding, at each inspection, whether the fraction of conforming items was reduced or not. If the inspected item is nonconforming, the production is stopped for adjustment. As the inspection system can be subject to diagnosis errors, one develops a probabilistic model that classifies repeatedly the examined item until a conforming or b non-conforming classification is observed. The first event that occurs (a conforming classifications or b non-conforming classifications) determines the final classification of the examined item. Proprieties of an ergodic Markov chain were used to get the expression of average cost of the system of control, which can be optimized by three parameters: the sampling interval of the inspections (m); the number of repeated conforming classifications (a); and the number of repeated non-conforming classifications (b). The optimum design is compared with two alternative approaches: the first one consists of a simple preventive policy. The production system is adjusted at every n produced items (no inspection is performed). The second classifies the examined item repeatedly r (fixed) times and considers it conforming if most classification results are conforming. Results indicate that the current proposal performs better than the procedure that fixes the number of repeated classifications and classifies the examined item as conforming if most classifications were conforming. On the other hand, the preventive policy can be averagely the most economical alternative rather than those ones that require inspection depending on the degree of errors and costs. A numerical example illustrates the proposed procedure. (C) 2009 Elsevier B. V. All rights reserved.

Theory manual to OctVCE – a cartesian cell CFD code with special application to blast wave problems, Department of Mechanical Engineering Report 2007/12

OctVCE is a cartesian cell CFD code produced especially for numerical simulations of shock and blast wave interactions with complex geometries, in particular, from explosions. Virtual Cell Embedding (VCE) was chosen as its cartesian cell kernel for its simplicity and sufficiency for practical engineering design problems. The code uses a finite-volume formulation of the unsteady Euler equations with a second order explicit Runge-Kutta Godonov (MUSCL) scheme. Gradients are calculated using a least-squares method with a minmod limiter. Flux solvers used are AUSM, AUSMDV and EFM. No fluid-structure coupling or chemical reactions are allowed, but gas models can be perfect gas and JWL or JWLB for the explosive products. This report also describes the code’s ‘octree’ mesh adaptive capability and point-inclusion query procedures for the VCE geometry engine. Finally, some space will also be devoted to describing code parallelization using the shared-memory OpenMP paradigm. The user manual to the code is to be found in the companion report 2007/13.

Loss of Ergodicity in the Transition from Annealed to Quenched Disorder in a Finite Kinetic Ising Model

We consider a kinetic Ising model which represents a generic agent-based model for various types of socio-economic systems. We study the case of a finite (and not necessarily large) number of agents N as well as the asymptotic case when the number of agents tends to infinity. The main ingredient are individual decision thresholds which are either fixed over time (corresponding to quenched disorder in the Ising model, leading to nonlinear deterministic dynamics which are generically non-ergodic) or which may change randomly over time (corresponding to annealed disorder, leading to ergodic dynamics). We address the question how increasing the strength of annealed disorder relative to quenched disorder drives the system from non-ergodic behavior to ergodicity. Mathematically rigorous analysis provides an explicit and detailed picture for arbitrary realizations of the quenched initial thresholds, revealing an intriguing ""jumpy"" transition from non-ergodicity with many absorbing sets to ergodicity. For large N we find a critical strength of annealed randomness, above which the system becomes asymptotically ergodic. Our theoretical results suggests how to drive a system from an undesired socio-economic equilibrium (e. g. high level of corruption) to a desirable one (low level of corruption).

Time evolution in the unimolecular master equation at low temperatures: full spectral solution with scalable iterative methods and high precision

A new method is presented to determine an accurate eigendecomposition of difficult low temperature unimolecular master equation problems. Based on a generalisation of the Nesbet method, the new method is capable of achieving complete spectral resolution of the master equation matrix with relative accuracy in the eigenvectors. The method is applied to a test case of the decomposition of ethane at 300 K from a microcanonical initial population with energy transfer modelled by both Ergodic Collision Theory and the exponential-down model. The fact that quadruple precision (16-byte) arithmetic is required irrespective of the eigensolution method used is demonstrated. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Conditional simulation of random fields by successive residuals

This paper presents a new approach to the LU decomposition method for the simulation of stationary and ergodic random fields. The approach overcomes the size limitations of LU and is suitable for any size simulation. The proposed approach can facilitate fast updating of generated realizations with new data, when appropriate, without repeating the full simulation process. Based on a novel column partitioning of the L matrix, expressed in terms of successive conditional covariance matrices, the approach presented here demonstrates that LU simulation is equivalent to the successive solution of kriging residual estimates plus random terms. Consequently, it can be used for the LU decomposition of matrices of any size. The simulation approach is termed conditional simulation by successive residuals as at each step, a small set (group) of random variables is simulated with a LU decomposition of a matrix of updated conditional covariance of residuals. The simulated group is then used to estimate residuals without the need to solve large systems of equations.

Path-dependence, expectativas e regulação econômica : elementos de análise a partir de uma perspectiva pós-keynesiana

O artigo busca fazer uma relação entre a ocorrência de path-dependence, a natureza expectacional do investimento e as flutuações econômicas, a partir de um referencial pós-keynesiano de análise. Em um ambiente não-ergódico, a fim de que o sistema tenha uma relativa estabilidade no tempo, a regulação econômica requer muito mais do que simples ajustamentos incrementais. Tornam-se necessárias, e possíveis, modificações qualitativas do sistema econômico. Tais modificações são analisadas a partir do conceito de bifurcação.

Interação mãe-bebê e uso de chupeta no contexto do nascimento pré-termo : cultura, representações sociais e processos proximais

Objetivo: Investigar a avaliação de mães de recém-nascidos pré-termo (RNPT) egressos de unidades de terapia intensiva neonatal (UTIN) quanto à interação mãe-bebê e uso de chupeta nos primeiros dois anos. Método: O planejamento do estudo longitudinal foi baseado na Teoria Bioecológica do Desenvolvimento Humano, com foco nos processos proximais (PP), utilizando entrevistas gravadas com 62 mães de RNPT no contexto da UTIN e 33 aos seis, 12, 18 e 24 meses de idade do bebê, considerando Grupo-A (chupeta) e Grupo-B (não usou chupeta). Resultados: A vivência em UTIN foi considerada evento impactante na vida das mães, mas expectativas futuras para a relação mãe-bebê foram positivas. A tentativa de oferta da chupeta foi 96,2% e seu uso aos seis meses foi 50% (n=52), significativamente associado com prematuridade pela relação peso/idade-gestacional (p-valor=0,044), dificuldades para estabelecer aleitamento materno exclusivo (AME) (p=0,012) e primiparidade (p=0,02). Apresentaram relação com menor frequência de chupeta: AME ≥3 meses (p=0,026) e tempo de aleitamento materno ≥6 meses. A chupeta configurou-se como uma das representações sociais sobre objetos de bebê, elaboradas pelas participantes aos 12 meses de idade do bebê. Características de temperamento calmo/tranquilo da mãe foram mais frequentes no Grupo-A e o temperamento nervoso/agitado/irritado no Grupo-B (p-valor=0,041). No Grupo-A predominou o temperamento do bebê calmo/fácil-de-cuidar/independente, enquanto no Grupo-B as características de temperamento agitado/bagunceiro/teimoso/agressivo (p-valor=0,026), associado também à necessidade de várias tentativas de oferta da chupeta (p-valor=0,006). No Grupo-A, o número de pessoas para apoio social foi uma ou duas (77,8%), enquanto no Grupo-B foram três a sete (66,7%), p-valor=0,001. A contribuição da chupeta como auxiliar nos PP foi indiferente para mães que controlavam o hábito, enquanto o uso irrestrito facilitava a resolução do choro, liberando a mãe para outras tarefas, atuando como limitador dos PP. A análise da evolução e complexidade dos PP demonstrou não haver interferência pelo uso da chupeta, tendo sido mais efetivos quando as mães tinham maior escolaridade e nas classes econômicas A e B. Conclusão: Aspectos culturais influenciaram na oferta da chupeta, mas sua aceitação ocorreu principalmente em RNPT pequeno para idade gestacional, diante das dificuldades para AME, menor extensão do apoio social e temperamento do bebê calmo/fácil-de-cuidar/independente, também associado à aceitação mais fácil da chupeta. O uso irrestrito da chupeta demonstrou atuar como limitador dos processos proximais.

Persistence characteristics in financial prices: evidence from the portuguese stock market returns

The objective of this article is to provide additional knowledge to the discussion of long-term memory, leaning over the behavior of the main Portuguese stock index. The first four moments are calculated using time windows of increasing size and sliding time windows of fixed size equal to 50 days and suggest that daily returns are non-ergodic and non-stationary. Seeming that the series is best described by a fractional Brownian motion approach, we use the rescaled-range analysis (R/S) and the detrended fluctuation analysis (DFA). The findings indicate evidence of long term memory in the form of persistence. This evidence of fractal structure suggests that the market is subject to greater predictability and contradicts the efficient market hypothesis in its weak form. This raises issues regarding theoretical modeling of asset pricing. In addition, we carried out a more localized (in time) study to identify the evolution of the degree of long-term dependency over time using windows 200-days and 400-days. The results show a switching feature in the index, from persistent to anti-persistent, quite evident from 2010.

Long-term dependence in financial prices: evidence from the Belgian stock market returns

This article aims to contribute to the discussion of long-term dependence, focusing on the behavior of the main Belgian stock index. Non-parametric analyzes of the general characteristics of temporal frequency show that daily returns are non-ergodic and non-stationary. Therefore, we use the rescaled-range analysis (R/S) and the detrended fluctuation analysis (DFA), under the fractional Brownian motion approach, and we found slight evidence of long-term dependence. These results refute the random walk hypothesis with i.i.d. increments, which is the basis of the EMH in its weak form, and call into question some theoretical modeling of asset pricing. Other more localized complementary study, to identify the evolution of the degree of dependence over time windows, showed that the index has become less persistent from 2010. This may mean a maturing market by the extension of the effects of current financial crisis.

Long-term memory in financial prices: evidence from the Dutch stock market returns

Prepared for presentation at the Portuguese Finance Network International Conference 2014, Vilamoura, Portugal, June 18-20

Explosion of smoothness from a point to everywhere for conjugacies between diffeomorphisms on surfaces

For diffeomorphisms on surfaces with basic sets, we show the following type of rigidity result: if a topological conjugacy between them is differentiable at a point in the basic set then the conjugacy has a smooth extension to the surface. These results generalize the similar ones of D. Sullivan, E. de Faria and ours for one-dimensional expanding dynamics.

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

Les édifices de spectacle des Maurétanies romaines

Les monuments des jeux visibles dans toutes les provinces de l'Empire romain impressionnent touj us le visiteur. Sur la rive sud de la Méditerranée, honnis les sites de la Tunisie comme Carthage on Dougga facilement accessibles au public, les villes romaines d'Algérie on du Maroc sont souvent moïas bien connues.Dans le cadre de notre thèse de doctorat, nous avons étudié chaque édifice de spectacle (théâtre, amphithéâtre, cirque et stade) connu dans les Manrétanïes, ainsi que les spectacles et les cérémonies qui s'y déroulaient. L'implication des jeux dans l'adoption des moeurs romaines par la population était essentielle. Noos avons aussi recensé toutes les inscriptions et les objets (lampes à huile, statuettes, mosaïques) liés aux divertissements retrouvés dans ces provinces. La majeure partie de notre travail a consisté en une analyse des données publiées sur les monuments et les spectacles romains dans les Manrétanies. Nous les avons mises en regard de nos recherches sur le terrain et nous avons proposé de nouvelles interprétations lorsque cela était possible.Nous avons choisi de limiter notre travail aux Maurétanies romaines, car il n'existe aucune étude d'ensemble concernant les spectacles pour ces provinces. Elles formaient une entité particulière, comme royaume maurétanien avant la colonisation romaine, puis réunies à plusieurs reprises sous l'autorité d'un seul gouverneur sous l'Empire. Se concentrer sur un territoire permet de mieux saisir dans sa totalité le phénomène des spectacles et surtout les particularités architecturales. De plus, les Mauiétanies césarienne et tingitane posent souvent un problème d'intégration à l'Empire. L'implantation sur ces territoires s'est peu développée en profondeur, les légions protégeant une longue bande de terre située entre le limes et la Méditerranée qu'il n'était pas toujours simple de contrôler. Cependant les cités pré-romaines ont largement adopté les us et coutumes du nouveau pouvoir. Les raines, l'épigraphie et les fouilles archéologiques ne laissent aucun doute. Les éléments liés au divertissements et (dus particulièrement aux spectacles symbolisent le rayonnement culturel romain.À la fin de cette étude, nous avons accordé une place particulière aux monuments des jeux d'Afrique pour comparer et mieux comprendre les spécificités des édifices mauiétaniens à l'échelle de ce continent. La réflexion a été poursuivie à l'échelle de l'Empire romain, certaines caractéristiques mauritaniennes se retrouvant à des milliers de kilomètres. Nous avons essayé d'appréhender quelles relations les Maurétanies entretenaient avec le reste de l'Empire par le biais des spectacles et comment ces jeux ont fini par disparaître du territoire maurétanien.Cet ouvrage est divisé en deux parties : un volume de texte et un volume d'annexes. Dans le volume de texte, le premier chapitre est l'introduction générale. Nous détaillons les raisons de notre étude, les problématiques de cette recherche et les méthodes de travail utilisées. Le chapitre deux présente les cadres géographique, historique et sociologique. Le chapitre trois propose un lexique architectural savant à décrire chaque partie des monuments. Π retrace aussi l'origine et l'évolution des jeux romains et présente la répartition du public ainsi que le prix des bâtiments et des spectacles. Le répertoire des sites et des monuments des jeux maurétaniens constitue le chapitre quatre. 11 est subdivisé par provinces (Maurétanie césarienne, Maurétanie sit îenne et Maurétanie tîngitane), puisque la construction des monuments est liée à l'histoire provinciale. Les mosaïques et les objets reprenant les thèmes ludiques sont présentés selon loir lieu de découverte. Dans le chapitre dnq, nous étudions l'évolution historique et fonctionnelle des édifices de spectacle. Nous essayons de comprendre quels sont leurs sources ou leurs modèles architecturaux et comment ils ont influencé les populations locales. À la suite de la conclusion générale nous avons placé la liste des abréviations et la bibliographie.Au début du volume d'annexes se trouvent plusieurs catalogues : ceux des chapiteaux du théâtre et du cirque de Caesarea et ceux des lampes romaines à thèmes ludiques d'Algérie et du Maroc. Ensuite nous avons placé la restitution de plusieurs inscriptions, toutes les figures mentionnées dans le texte du premier volume, puis les listes des tableaux et des figures.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.