Métropolisation, morphologie urbaine et développement durable : transformations urbaines et régulation de l'étalement : le cas de l'agglomération lausannoise

Résumé Métropolisation, morphologie urbaine et développement durable. Transformations urbaines et régulation de l'étalement : le cas de l'agglomération lausannoise. Cette thèse s'inscrit clans la perspective d'une analyse stratégique visant à un définir et à expliciter les liens entre connaissance, expertise et décision politique. L'hypothèse fondamentale qui oriente l'ensemble de ce travail est la suivante : le régime d'urbanisation qui s'est imposé au cours des trente dernières années correspond à une transformation du principe morphogénétique de développement spatial des agglomérations qui tend à alourdir leurs bilans écologiques et à péjorer la qualité du cadre de vie des citadins. Ces enjeux environnementaux liés aux changements urbains et singulièrement ceux de la forme urbaine constituent un thème de plus en plus important dans la recherche de solutions d'aménagement urbain dans une perspective de développement durable. Dans ce contexte, l'aménagement urbain devient un mode d'action et une composante de tout premier ordre des politiques publiques visant un développement durable à l'échelle locale et globale. Ces modalités de développement spatial des agglomérations émergent indiscutablement au coeur de la problématique environnementale. Or si le concept de développement durable nous livre une nouvelle de de lecture des territoires et de ses transformations, en prônant le modèle de la ville compacte et son corollaire la densification, la traduction à donner à ce principe stratégique reste controversée, notamment sous l'angle de l'aménagement du territoire et des stratégies de développement urbain permettant une mise en oeuvre adéquate des solutions proposées. Nous avons ainsi tenté dans ce travail de répondre à un certain nombre de questions : quelle validité accorder au modèle de la ville compacte ? La densification est-elle une réponse adéquate ? Si oui, sous quelles modalités ? Quelles sont, en termes de stratégies d'aménagement, les alternatives durables au modèle de la ville étalée ? Faut-il vraiment densifier ou simplement maîtriser la dispersion ? Notre objectif principal étant in fine de déterminer les orientations et contenus urbanistiques de politiques publiques visant à réguler l'étalement urbain, de valider la faisabilité de ces principes et à définir les conditions de leur mise en place dans le cas d'une agglomération. Pour cela, et après avoir choisi l'agglomération lausannoise comme terrain d'expérimentation, trois approches complémentaires se sont révélées indispensables dans ce travail 1. une approche théorique visant à définir un cadre conceptuel interdisciplinaire d'analyse du phénomène urbain dans ses rapports à la problématique du développement durable liant régime d'urbanisation - forme urbaine - développement durable ; 2. une approche méthodologique proposant des outils d'analyse simples et efficaces de description des nouvelles morphologies urbaines pour une meilleure gestion de l'environnement urbain et de la pratique de l'aménagement urbain ; 3. une approche pragmatique visant à approfondir la réflexion sur la ville étalée en passant d'une approche descriptive des conséquences du nouveau régime d'urbanisation à une approche opérationnelle, visant à identifier les lignes d'actions possibles dans une perspective de développement durable. Cette démarche d'analyse nous a conduits à trois résultats majeurs, nous permettant de définir une stratégie de lutte contre l'étalement. Premièrement, si la densification est acceptée comme un objectif stratégique de l'aménagement urbain, le modèle de la ville dense ne peut être appliqué saris la prise en considération d'autres objectifs d'aménagement. Il ne suffit pas de densifier pour réduire l'empreinte écologique de la ville et améliorer la qualité de vie des citadins. La recherche d'une forme urbaine plus durable est tributaire d'une multiplicité de facteurs et d'effets de synergie et la maîtrise des effets négatifs de l'étalement urbain passe par la mise en oeuvre de politiques urbaines intégrées et concertées, comme par exemple prôner la densification qualifiée comme résultante d'un processus finalisé, intégrer et valoriser les transports collectifs et encore plus la métrique pédestre avec l'aménagement urbain, intégrer systématiquement la diversité à travers les dimensions physique et sociale du territoire. Deuxièmement, l'avenir de ces territoires étalés n'est pas figé. Notre enquête de terrain a montré une évolution des modes d'habitat liée aux modes de vie, à l'organisation du travail, à la mobilité, qui font que l'on peut penser à un retour d'une partie de la population dans les villes centres (fin de la toute puissance du modèle de la maison individuelle). Ainsi, le diagnostic et la recherche de solutions d'aménagement efficaces et viables ne peuvent être dissociés des demandes des habitants et des comportements des acteurs de la production du cadre bâti. Dans cette perspective, tout programme d'urbanisme doit nécessairement s'appuyer sur la connaissance des aspirations de la population. Troisièmement, la réussite de la mise en oeuvre d'une politique globale de maîtrise des effets négatifs de l'étalement urbain est fortement conditionnée par l'adaptation de l'offre immobilière à la demande de nouveaux modèles d'habitat répondant à la fois à la nécessité d'une maîtrise des coûts de l'urbanisation (économiques, sociaux, environnementaux), ainsi qu'aux aspirations émergentes des ménages. Ces résultats nous ont permis de définir les orientations d'une stratégie de lutte contre l'étalement, dont nous avons testé la faisabilité ainsi que les conditions de mise en oeuvre sur le territoire de l'agglomération lausannoise. Abstract This dissertation participates in the perspective of a strategic analysis aiming at specifying the links between knowledge, expertise and political decision, The fundamental hypothesis directing this study assumes that the urban dynamics that has characterized the past thirty years signifies a trans-formation of the morphogenetic principle of agglomerations' spatial development that results in a worsening of their ecological balance and of city dwellers' quality of life. The environmental implications linked to urban changes and particularly to changes in urban form constitute an ever greater share of research into sustainable urban planning solutions. In this context, urban planning becomes a mode of action and an essential component of public policies aiming at local and global sustainable development. These patterns of spatial development indisputably emerge at the heart of environmental issues. If the concept of sustainable development provides us with new understanding into territories and their transformations, by arguing in favor of densification, its concretization remains at issue, especially in terms of urban planning and of urban development strategies allowing the appropriate implementations of the solutions offered. Thus, this study tries to answer a certain number of questions: what validity should be granted to the model of the dense city? Is densification an adequate answer? If so, under what terms? What are the sustainable alternatives to urban sprawl in terms of planning strategies? Should densification really be pursued or should we simply try to master urban sprawl? Our main objective being in fine to determine the directions and urban con-tents of public policies aiming at regulating urban sprawl, to validate the feasibility of these principles and to define the conditions of their implementation in the case of one agglomeration. Once the Lausanne agglomeration had been chosen as experimentation field, three complementary approaches proved to be essential to this study: 1. a theoretical approach aiming at definying an interdisciplinary conceptual framework of the ur-ban phenomenon in its relation to sustainable development linking urban dynamics - urban form - sustainable development ; 2. a methodological approach proposing simple and effective tools for analyzing and describing new urban morphologies for a better management of the urban environment and of urban planning practices 3. a pragmatic approach aiming at deepening reflection on urban sprawl by switching from a descriptive approach of the consequences of the new urban dynamics to an operational approach, aiming at identifying possible avenues of action respecting the principles of sustainable development. This analysis approach provided us with three major results, allowing us to define a strategy to cur-tail urban sprawl. First, if densification is accepted as a strategic objective of urban planning, the model of the dense city can not be applied without taking into consideration other urban planning objectives. Densification does not suffice to reduce the ecological impact of the city and improve the quality of life of its dwellers. The search for a more sustainable urban form depends on a multitude of factors and effects of synergy. Reducing the negative effects of urban sprawl requires the implementation of integrated and concerted urban policies, like for example encouraging densification qualified as resulting from a finalized process, integrating and developing collective forms of transportation and even more so the pedestrian metric with urban planning, integrating diversity on a systematic basis through the physical and social dimensions of the territory. Second, the future of such sprawling territories is not fixed. Our research on the ground revea-led an evolution in the modes of habitat related to ways of life, work organization and mobility that suggest the possibility of the return of a part of the population to the center of cities (end of the rule of the model of the individual home). Thus, the diagnosis and the search for effective and sustainable solutions can not be conceived of independently of the needs of the inhabitants and of the behavior of the actors behind the production of the built territory. In this perspective, any urban program must necessarily be based upon the knowledge of the population's wishes. Third, the successful implementation of a global policy of control of urban sprawl's negative effects is highly influenced by the adaptation of property offer to the demand of new habitat models satisfying both the necessity of urbanization cost controls (economical, social, environ-mental) and people's emerging aspirations. These results allowed us to define a strategy to cur-tail urban sprawl. Its feasibility and conditions of implementation were tested on the territory of the Lausanne agglomeration.

Régulation du nombre de reines chez la fourmi d'Argentine Iridomyrmex humilis (Hymenoptera: Formicidae)

Chez la fourmi d'Argentine Iridomyrmex humilis (Mayr), les ouvrières exécutent environ 90% des reines durant la période précédant la production de nouveaux sexués. Un tel comportement n'avait jamais été décrit chez d'autres espèces de fourmis. Ces exécutions ne dépendent ni du poids, ni vraisemblablement de la fécondité des reines. De plus, comme presque toutes les reines sont âgées de moins d'un an au moment des exécutions, il est aussi peu probable que les exécutions soient liées à l'âge des reines. Ces exécutions de reines représentent une perte estimée à environ 8% de la biomasse des sociétés.

Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.