Population genomics of eusocial insects: the costs of a vertebrate-like effective population size

The evolution of reproductive division of labour and social life in social insects has lead to the emergence of several life-history traits and adaptations typical of larger organisms: social insect colonies can reach masses of several kilograms, they start reproducing only when they are several years old, and can live for decades. These features and the monopolization of reproduction by only one or few individuals in a colony should affect molecular evolution by reducing the effective population size. We tested this prediction by analysing genome-wide patterns of coding sequence polymorphism and divergence in eusocial vs. noneusocial insects based on newly generated RNA-seq data. We report very low amounts of genetic polymorphism and an elevated ratio of nonsynonymous to synonymous changes - a marker of the effective population size - in four distinct species of eusocial insects, which were more similar to vertebrates than to solitary insects regarding molecular evolutionary processes. Moreover, the ratio of nonsynonymous to synonymous substitutions was positively correlated with the level of social complexity across ant species. These results are fully consistent with the hypothesis of a reduced effective population size and an increased genetic load in eusocial insects, indicating that the evolution of social life has important consequences at both the genomic and population levels.

Local adaptation and life history traits evolution in heterogeneous environment : an empirical example in the freshwater snail, Galba truncatula

Abstract: To understand the processes of evolution, biologists are interested in the ability of a population to respond to natural or artificial selection. The amount of genetic variation is often viewed as the main factor allowing a species to answer to selection. Many theories have thus focused on the maintenance of genetic variability. Ecologists and population geneticists have long-suspected that the structure of the environment is connected to the maintenance of diversity. Theorists have shown that diversity can be permanently and stably maintained in temporal and spatial varying environment in certain conditions. Moreover, varying environments have been also theoretically demonstrated to cause the evolution of divergent life history strategies in the different niches constituting the environment. Although there is a huge number of theoretical studies selection and on life history evolution in heterogeneous environments, there is a clear lack of empirical studies. The purpose of this thesis was to. empirically study the evolutionary consequences of a heterogeneous environment in a freshwater snail Galba truncatula. Indeed, G. truncatula lives in two habitat types according the water availability. First, it can be found in streams or ponds which never completely dry out: a permanent habitat. Second, G. truncatula can be found in pools that freeze during winter and dry during summer: a temporary habitat. Using a common garden approach, we empirically demonstrated local adaptation of G. truncatula to temporary and permanent habitats. We used at first a comparison of molecular (FST) vs. quantitative (QST) genetic differentiation between temporary and permanent habitats. To confirm the pattern QST> FST between habitats suggesting local adaptation, we then tested the desiccation resistance of individuals from temporary and permanent habitats. This study confirmed that drought resistance seemed to be the main factor selected between habitats, and life history traits linked to the desiccation resistance were thus found divergent between habitats. However, despite this evidence of selection acting on mean values of traits between habitats, drift was suggested to be the main factor responsible of variation in variances-covariances between populations. At last, we found life history traits variation of individuals in a heterogeneous environment varying in parasite prevalence. This thesis empirically demonstrated the importance of heterogeneous environments in local adaptation and life history evolution and suggested that more experimental studies are needed to investigate this topic. Résumé: Les biologistes se sont depuis toujours intéressés en l'aptitude d'une population à répondre à la sélection naturelle. Cette réponse dépend de la quantité de variabilité génétique présente dans cette population. Plus particulièrement, les théoriciens se sont penchés sur la question du maintient de la variabilité génétique au sein d'environnements hétérogènes. Ils ont alors démontré que, sous certaines conditions, la diversité génétique peut se maintenir de manière stable et permanente dans des environnements variant au niveau spatial et temporel. De plus, ces environments variables ont été démontrés comme responsable de divergence de traits d'histoire de vie au sein des différentes niches constituant l'environnement. Cependant, malgré ce nombre important d'études théoriques portant sur la sélection et l'évolution des traits d'histoire de vie en environnement hétérogène, les études empiriques sont plus rares. Le but de cette thèse était donc d'étudier les conséquences évolutives d'un environnement hétérogène chez un esgarcot d'eau douce Galba truncatula. En effet, G. truncatula est trouvé dans deux types d'habitats qui diffèrent par leur niveau d'eau. Le premier, l'habitat temporaire, est constitué de flaques d'eau qui peuvent s'assécher pendant l'été et geler pendant l'hiver. Le second, l'habitat permanent, correspond à des marres ou à des ruisseaux qui ont un niveau d'eau constant durant toute l'année. Utilisant une approche expérimentale de type "jardin commun", nous avons démontré l'adaptation locale des individus à leur type d'habitat, permanent ou temporaire. Nous avons utilisé l'approche Fsr/QsT qui compare la différentiation génétique moléculaire avec la différentiation génétique quantitative entre les 2 habitats. Le phénomène d'adapation locale démontré par QsT > FsT, a été testé experimentalement en mesurant la résistance à la dessiccation d'individus d'habitat temporaire et permanent. Cette étude confirma que la résistance à la sécheresse a été sélectionné entre habitats et que les traits responsables de cette resistance sont différents entre habitats. Cependant si la sélection agit sur la valeur moyenne des traits entre habitats, la dérive génétique semble être le responsable majeur de la différence de variances-covariances entre populations. Pour finir, une variation de traits d'histoire de vie a été trouvée au sein d'un environnement hétérogène constitué de populations variants au niveau de leur taux de parasitisme. Pour conclure, cette thèse a donc démontré l'importance d'un environnement hétérogène sur l'adaptation locale et l'évolution des traits d'histoire de vie et suggère que plus d'études empiriques sur le sujet sont nécessaires.

Phylogenetic analysis of plastid and nuclear DNA sequences reveals a rapid late Miocene radiation of the temperate bamboo tribe Arundinarieae (Poaceae, Bambusoideae)

Background: Arundinarieae are a large tribe of temperate woody bamboos for which phylogenetics are poorly understood because of limited taxon sampling and lack of informative characters. Aims: This study assessed phylogenetic relationships, origins and classification of Arundinarieae. Methods: DNA sequences (plastid trnL-F; nuclear ITS) were used for parsimony and Bayesian inference including 41 woody bamboo taxa. Divergence dates were estimated using a relaxed Bayesian clock. Results: Arundinarieae were monophyletic but their molecular divergence was low compared to the tropical Bambuseae. Ancestors of the Arundinarieae lineage were estimated to have diverged from the other bamboos 23 (15-30) million years ago (Mya). However, the Arundinarieae radiation occurred 10 (6-16) Mya compared to 18 (11-25) Mya for the tropical Bambuseae. Some groups could be defined within Arundinarieae, but they do not correspond to recognised subtribes such as Arundinariinae or Shibataeinae. Conclusions: Arundinarieae are a relatively ancient bambusoid lineage that underwent a rapid radiation in the late Miocene. The radiation coincides with the continental collision of the Indo-Australian and Eurasian Plates. Arundinarieae are distributed primarily in East Asia and the Himalayas to northern Southeast Asia. It is unknown whether they were present in Asia long before their radiation, but we believe recent dispersal is a more likely scenario. Keywords: Arundinarieae; Bambuseae; internal transcribed spacer (ITS); molecular clock; phylogenetics; radiation; temperate bamboos; Thamnocalaminae; trnL-F

Le prime traduzioni in lingua italiana (1727) ed inglese (1729) di: "Histoires ou contes du temps passé. Avec des moralitez" di Charles Perrault : analisi comparata

Ce travail de recherche a visé deux aspects: celui d'identification et d'analyse des textes et celui de parution des deux premières traductions en langue anglaise et italienne des contes. La recherche s'est développée essentiellement tenant compte de trois notions importantes: dialogue, intertextualité et intercultureLa première étape a donc été de repérer la première traduction en langue italienne et anglaise des contes pour une évaluation du texte qui puisse ainsi permettre de commencer le parcours d'analyse comparée. En ce qui concerne celle anglaise il y avait déjà une date certaine, 1729, et le nom du traducteur: Robert Samber; La version anglaise, ayant paru en 1960 dans une édition partielle sous la direction de Jacques Barchilon et Henry Pettit, était plus facile à repérer; en outre la British Library avait dans son catalogue celle originelle et complète de 1729. Repérer la version italienne a pris plus de temps et a été complexe car on ne connaissait que certaines dates, 1754 et 1752, et aucune autre indication. La première des deux s'avérait inexacte, tandis que la deuxième était celle d'une réédition mais ce n'était pas la date de la première traduction italienne. Traduction que l'on estimait ne plus exister, ou bien perdue. Toutefois, au cours des recherches préliminaires j'ai finalement trouvé une édition en italien des contes de 1727: c'est la plus ancienne connue et, peut-être, c'est bien la première traduction italienne et, de toute façon, à considérer comme la première dans une langue européenne. Les chapitres initiaux se développent autour de l'aspect qui concerne le complexe dialogue interculturel qui a eu lieu et qui a mené, à travers une compliquée mosaïque d'intrigues, au changement de perspective d'un genre dans les différentes cultures: de cunto à conte de fées d'un côté et de conte de fée à fiaba et à fairy taie de l'autre. Les chapitres successifs sont consacrés à la présentation du texte des deux traductions et à l'analyse de celui-ci selon la méthode de la comparaison différentielle. La partie qui concerne plus précisément l'analyse du texte des deux traductions vise à mettre en exergue tous les points de divergence de celui français de l'édition Barbin de 1697, qui est repris ici pour les deux traductions comme le texte fondamental de départ, et a représenté d'un côté l'élément pour une évaluation de l'oeuvre du traducteur et de l'autre a fourni les éléments pour comprendre quel a été l'accueil du texte lui-même dans le nouveau contexte culturel cible. Les points de vue littéraire et linguistique ont été privilégiés dans la recherche, par rapport à celui folkloriste et anthropologique.Avec cette étude on a démontré que, dans les contextes linguistiques et culturels anglais et italien visés, il y a une présence des contes de Perrault. Que cette présence se réalise par l'intermédiaire du travail de traduction qui en a modifié et, parfois, changé la perspective et le plan énonciatif du message selon la nécessité dans laquelle se trouvait le traducteur. Et enfin que chacune des deux traductions peut être considérée comme une ré-énonciation sui generts.Etant donné que les textes des deux traductions ne sont pas faciles à repérer, celui italien de 1727 est à considérer comme une véritable découverte éditoriale, leur parution intégrale constitue non seulement un complément indispensable à la recherche mais aussi une contribution pour leur connaissance et leur étude et approfondissement supplémentaires.

Tolerance to preharvest sprouting and yield of wheat genotypes from different breeding programs

Abstract:The objective of this work was to characterize the performance of elite wheat genotypes from different Brazilian breeding programs for traits associated with grain yield and preharvest sprouting. The study was conducted in 2010 and 2011 in the municipality of Capão do Leão, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil, in a randomized complete block design with three replicates. Thirty-three wheat genotypes were evaluated for traits related to preharvest sprouting and grain yield. The estimate of genetic distance was used to predict potential combinations for selection of plants with high grain yield and tolerance to preharvest sprouting. The combined analysis of sprouted grains and falling number shows that the TBIO Alvorada, TBIO Mestre, Frontana, Fundacep Raízes, Fundacep Cristalino, and BRS Guamirim genotypes are tolerant to preharvest sprouting. Combinations of TBIO Alvorada and TBIO Mestre with Fundacep Cristalino show high potential for recovering superior genotypes for high grain yield and tolerance to preharvest sprouting.

Multiplication of an ancestral gene encoding secreted fungalysin preceded species differentiation in the dermatophytes Trichophyton and Microsporum.

Dermatophytes are human and animal pathogenic fungi which cause cutaneous infections and grow exclusively in the stratum corneum, nails and hair. In a culture medium containing soy proteins as sole nitrogen source a substantial proteolytic activity was secreted by Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes and Microsporum canis. This proteolytic activity was 55-75 % inhibited by o-phenanthroline, attesting that metalloproteases were secreted by all three species. Using a consensus probe constructed on previously characterized genes encoding metalloproteases (MEP) of the M36 fungalysin family in Aspergillus fumigatus, Aspergillus oryzae and M. canis, a five-member MEP family was isolated from genomic libraries of T. rubrum, T. mentagrophytes and M. canis. A phylogenetic analysis of genomic and protein sequences revealed a robust tree consisting of five main clades, each of them including a MEP sequence type from each dermatophyte species. Each MEP type was remarkably conserved across species (72-97 % amino acid sequence identity). The tree topology clearly indicated that the multiplication of MEP genes in dermatophytes occurred prior to species divergence. In culture medium containing soy proteins as a sole nitrogen source secreted Meps accounted for 19-36 % of total secreted protein extracts; characterization of protein bands by proteolysis and mass spectrometry revealed that the three dermatophyte species secreted two Meps (Mep3 and Mep4) encoded by orthologous genes.

Language variation in source texts and their translations: the case of L3 in film translation

In addition to the two languages essentially involved in translation, that of the source text (L1) and that of the target text (L2), we propose a third language (L3) to refer to any other language(s) found in the text. L3 may appear in the source text (ST) or the target text (TT), actually appearing more frequently inSTs in our case studies. We present a range of combinations for the convergence and divergence of L1, L2 and L3, for the case of feature films and their translations using examples from dubbed and subtitled versions of films, but we are hopeful that our tentative conclusions may be relevant to other modalities of translation, audiovisual and otherwise. When L3 appears in an audiovisual ST,we find a variety of solutions whereby L3 is deleted from or adapted to the TT.In the latter case, L3 might be rendered in a number of ways, depending on factors such as the audience’s familiarity with L3, and the possibility that L3 inthe ST is an invented language.

A New Species of Sand Racer, Psammodromus (Squamata: Lacertidae), from the Western Iberian Peninsula

A new species of lacertid lizard of the genus Psammodromus is described from the Iberian Peninsula. Genetic and recently published phenotypic data support the differentiation of Psammodromus hispanicus into three, and not as previously suggested two, distinct lineages. Age estimates, lineage allopatry, the lack of mitochondrial and nuclear haplotype sharing between lineages, ecological niche divergence, and the current biogeographic distribution, indicated that the three lineages correspond to three independent species. Here, we describe a new species, Psammodromus occidentalis sp. n., which is genetically different from the other sand racers and differentiated by the number of femoral pores, number of throat scales, snout shape, head ratio, green nuptial coloration, and number of supralabial scales below the subocular scale. We also propose to upgrade the two previously recognized subspecies, Psammodromus hispanicus hispanicus Fitzinger, 1826 from central Spain and Psammodromus hispanicus edwardsianus (Dugès, 1829) from eastern Spain, to the species level: Psammodromus hispanicus stat. nov. and Psammodromus edwardsianus stat. nov. Given that the holotype of Psammodromus hispanicus was lost, we designate a neotype. We also analysed museum specimens of P. blanci, P. microdactylus and P. algirus to describe differentiation of the Psammodromus hispanicus lineages/species from their closest relatives.

The odd couple: contrasting phylogeographic patterns in two sympatric sibling species of woodlouse-­‐hunter spiders in the Canary Islands

Comparative phylogeography seeks for commonalities in the spatial demographic history of sympatric organisms to characterize the mechanisms that shaped such patterns. The unveiling of incongruent phylogeographic patterns in co-occurring species, on the other hand, may hint to overlooked differences in their life histories or microhabitat preferences. The woodlouse-hunter spiders of the genus Dysdera have undergone a major diversi cation on the Canary Islands. The species pair Dysdera alegranzaensis and Dysdera nesiotes are endemic to the island of Lanzarote and nearby islets, where they co-occur at most of their known localities. The two species stand in sharp contrast to other sympatric endemic Dysdera in showing no evidence of somatic (non-genitalic) differentiation. Phylogenetic and population genetic analyses of mitochondrial cox1 sequences from an exhaustive sample of D. alegranzaensis and D. nesiotes specimens, and additional mitochondrial (16S, L1, nad1) and nuclear genes (28S, H3) were analysed to reveal their phylogeographic patterns and clarify their phylogenetic relationships. Relaxed molecular clock models using ve calibration points were further used to estimate divergence times between species and populations. Striking differences in phylogeography and population structure between the two species were observed. Dysdera nesiotes displayed a metapopulation-like structure, while D. alegranzaensis was characterized by a weaker geographical structure but greater genetic divergences among its main haplotype lineages, suggesting more complex population dynamics. Our study con rms that co-distributed sibling species may exhibit contrasting phylogeographic patterns in the absence of somatic differentiation. Further ecological studies, however, will be necessary to clarify whether the contrasting phylogeographies may hint at an overlooked niche partitioning between the two species. In addition, further comparisons with available phylogeographic data of other eastern Canarian Dysdera endemics con rm the key role of lava ows in structuring local populations in oceanic islands and identify localities that acted as refugia during volcanic eruptions

Konepajatekniikan laboratorion turvallisuussuunnitelma

Diplomityön tavoitteena oli tutkia LTY:n Konepajatekniikan laboratorion työturvallisuutta sekä laatia seurantalomake ja tehdä turvallisuusohjeet Konepajatekniikan laboratorioon. Konepajatekniikan laboratorioon ollaan rakentamassa uutta FM-järjestelmää, jonka turvallisuusriskejä ja vaaroja kartoitettiin etukäteen saatavilla olevan materiaalin avulla. Näin Konepajatekniikan laboratorio varautuu etukäteen FM-järjestelmän käyttöön liittyviin työturvallisuusasioihin. Diplomityön aikana seurasimme Konepajatekniikan laboratorion työturvallisuutta ja tapaturmien määrää seurantaomakkeen avulla. Samalla Konepajatekniikan laboratorioon tehtiin turvallisuusohjeet, joilla pyritään ennaltaehkäisemään työtapaturmien syntymistä. Konepajatekniikan laboratorion työturvallisuustasossa ja työtapaturma määrissä ei näyttäisi olevan poikkeavaa verrattuna koko Suomen konepaja-alan työturvallisuustasoon. Havaintojakson lyhyys alentaa johtopäätöksien luotettavuutta. Työturvallisuuden kehittämistä ja ennaltaehkäisevää työtä tulee tehdä jatkuvasti.

Sexual dimorphism in a dioecious population of the wind-pollinated herb Mercurialis annua: the interactive effects of resource availability and competition.

Background and Aims Male-biased sex allocation commonly occurs in wind-pollinated hermaphroditic plants, and is often positively associated with size, notably in terms of height. Currently, it is not well established whether a corresponding pattern holds for dioecious plants: do males of wind-pollinated species exhibit greater reproductive allocation than females? Here, sexual dimorphism is investigated in terms of life history trade-offs in a dioecious population of the wind-pollinated ruderal herb Mercurialis annua.Methods The allocation strategies of males and females grown under different soil nutrient availability and competitive (i.e. no, male or female competitor) regimes were compared.Key Results Male reproductive allocation increased disproportionately with biomass, and was greater than that of females when grown in rich soils. Sexual morphs differentially adjusted their reproductive allocation in response to local environmental conditions. In particular, males reduced their reproductive allocation in poor soils, whereas females increased theirs, especially when competing with another female rather than growing alone. Finally, males displayed smaller above-ground vegetative sizes than females, but neither nutrient availability nor competition had a strong independent effect on relative size disparities between the sexes.Conclusions Selection appears to favour plasticity in reproductive allocation in dioecious M. annua, thereby maintaining a relatively constant size hierarchy between sexual morphs. In common with other dioecious species, there seems to be little divergence in the niches occupied by males and females of M. annua.

Problems of allometric scaling analysis: examples from mammalian reproductive biology.

Biological scaling analyses employing the widely used bivariate allometric model are beset by at least four interacting problems: (1) choice of an appropriate best-fit line with due attention to the influence of outliers; (2) objective recognition of divergent subsets in the data (allometric grades); (3) potential restrictions on statistical independence resulting from phylogenetic inertia; and (4) the need for extreme caution in inferring causation from correlation. A new non-parametric line-fitting technique has been developed that eliminates requirements for normality of distribution, greatly reduces the influence of outliers and permits objective recognition of grade shifts in substantial datasets. This technique is applied in scaling analyses of mammalian gestation periods and of neonatal body mass in primates. These analyses feed into a re-examination, conducted with partial correlation analysis, of the maternal energy hypothesis relating to mammalian brain evolution, which suggests links between body size and brain size in neonates and adults, gestation period and basal metabolic rate. Much has been made of the potential problem of phylogenetic inertia as a confounding factor in scaling analyses. However, this problem may be less severe than suspected earlier because nested analyses of variance conducted on residual variation (rather than on raw values) reveals that there is considerable variance at low taxonomic levels. In fact, limited divergence in body size between closely related species is one of the prime examples of phylogenetic inertia. One common approach to eliminating perceived problems of phylogenetic inertia in allometric analyses has been calculation of 'independent contrast values'. It is demonstrated that the reasoning behind this approach is flawed in several ways. Calculation of contrast values for closely related species of similar body size is, in fact, highly questionable, particularly when there are major deviations from the best-fit line for the scaling relationship under scrutiny.

Correcting for the bias due to expression specificity improves the estimation of constrained evolution of expression between mouse and human.

MOTIVATION: Comparative analyses of gene expression data from different species have become an important component of the study of molecular evolution. Thus methods are needed to estimate evolutionary distances between expression profiles, as well as a neutral reference to estimate selective pressure. Divergence between expression profiles of homologous genes is often calculated with Pearson's or Euclidean distance. Neutral divergence is usually inferred from randomized data. Despite being widely used, neither of these two steps has been well studied. Here, we analyze these methods formally and on real data, highlight their limitations and propose improvements. RESULTS: It has been demonstrated that Pearson's distance, in contrast to Euclidean distance, leads to underestimation of the expression similarity between homologous genes with a conserved uniform pattern of expression. Here, we first extend this study to genes with conserved, but specific pattern of expression. Surprisingly, we find that both Pearson's and Euclidean distances used as a measure of expression similarity between genes depend on the expression specificity of those genes. We also show that the Euclidean distance depends strongly on data normalization. Next, we show that the randomization procedure that is widely used to estimate the rate of neutral evolution is biased when broadly expressed genes are abundant in the data. To overcome this problem, we propose a novel randomization procedure that is unbiased with respect to expression profiles present in the datasets. Applying our method to the mouse and human gene expression data suggests significant gene expression conservation between these species. CONTACT: marc.robinson-rechavi@unil.ch; sven.bergmann@unil.ch SUPPLEMENTARY INFORMATION: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Théorie bayesienne de la décision statistique et mesure de la radioactivité

L'objet de ce travail est l'évaluation de l'activité de radionucléides présents à l'état de traces, par exemple dans l'environnement. Lorsque les mesures sont de courte durée, ou si les sources sont peu actives, l'analyse statistique standard ne donne plus une estimation fiable de l'activité et de son incertitude. L'introduction du concept bayesien d'a priori permet de modéliser l'information à disposition de l'observateur avant qu'il effectue la mesure. Cette information conduit à une estimation plus cohérente des grandeurs physiques recherchées. Le cadre de la théorie est tout d'abord présenté, définissant les concepts d'état, d'observation et de décision. La mesure physique est traduite par un modèle statistique qui est une probabilité de transition des états vers les observations. L'information de Fisher et celle de Shannon-Kullback sont introduites dans le but d'obtenir les a priori nécessaires au théorème de Bayes. Les modèles propres à la mesure de la radioactivité sont ensuite traités. Si l'on peut considérer l'activité comme constante, le modèle est celui de Poisson et conduit à des a priori de type gamma. Pour les grandes activités, ces deux lois se rapprochent des gaussiennes et l'on retrouve l'analyse statistique classique. Lorsque la décroissance du nombre de noyaux n'est plus négligeable, ou lors de l'évaluation de certains temps d'attente, d'autres modèles sont développés. Quelques applications sont présentées ensuite, notamment une définition cohérente des intervalles de confiance et l'estimation de l'activité de radionucléides à schéma complexe par spectrométrie gamma, où l'obtention de tout un spectre permet une analyse multidimensionnelle. Le paradigme bayesien conduit à une répartition complète et globale pour l'état du système physique mesuré. L'observateur obtient ainsi la meilleure estimation possible de l'état basée sur son modèle d'expérience et l'information préalable en sa possession.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.