Phylogeography and recolonization of the Swiss Alps by the Valais shrew (Sorex antinorii), inferred with autosomal and sex-specific markers.

Using one male-inherited, one female-inherited and eight biparentally inherited markers, we investigate the population genetic structure of the Valais shrew (Sorex antinorii) in the Swiss Alps. Bayesian analysis on autosomal microsatellites suggests a clear genetic differentiation between two groups of populations. This geographically based structure is consistent with two separate postglacial recolonization routes of the species into Switzerland from Italian refugia after the last Pleistocene glaciations. Sex-specific markers also confirm genetic structuring among western and eastern areas, since very few haplotypes for either Y chromosome or mtDNA genome are shared between the two regions. Overall, these results suggest that two already well-differentiated genetic lineages colonized the Swiss Alps and came into secondary contact in the Rhône Valley. Low level of admixture between the two lineages is likely explained by the mountainous landscape structure of lateral valleys orthogonal to the main Rhône valley.

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.

The emergence of parental and paternity leaves in Switzerland : a challenge to gendered representations and practices of parenthood?

The thesis addresses the issue of parenthood and gender equality in Switzerland through the emergence of parental leave policies. This is an original and relevant research topic, as Switzerland is one of the few industrialized countries that have not yet implemented a parental or paternity leave. I first describe the emergence of parental leave policies in the last ten to fifteen years in the political, media, and labor-market spheres. Secondly, adopting a gender and discursive theoretical approach, I analyze whether and to what extent this emergence challenged gendered representations and practices of parenthood. The multilevel and mixed-methods research design implies analyzing various data sets such as parliamentary interventions (N=23J and newspaper articles (N=579) on parental leave policies. A case study of a public administration which implemented a one-month paid paternity leave draws on register data of leave recipients (N=95) and in-depth interviews with fathers and managers (n=30). Results show that parental leave policies, especially in recent years, have been increasingly problematized in the three social spheres considered, as a result of political and institutional events. While there is a struggle over the definition of the legitimate leave type to implement [parental or paternity leave) in the political sphere, paternity leave has precedence in the media and labor-market spheres. Overall, this emergence contributes to making fatherhood visible in the public sphere, challenging albeit in a limited way gendered representations and practices of parenthood. Along with representations of involved fatherhood and change in gender relations, different roles and responsibilities are attributed to mothers and fathers, the latter being often defined as secondary, temporary and optional parents. Finally, I identify a common trend, namely the increasing importance of the economic aspects of parental leave policies with the consequence of sidelining their gender-equality potential. The dissertation contributes to the literature which analyzes the interconnections between the macro-, the meso- and the micro-levels of society in the constitution of gender relations and parenthood. It also provides useful tools for the analysis of the politics of parental leave policies in Switzerland and their effects for gender equality. - Cette thèse traite de la parentalité et de l'égalité de genre en Suisse à travers l'émergence des congés parentaux. Ce sujet de recherche est original et pertinent puisque la Suisse est à ce jour un des seuls pays industrialisés à ne pas avoir adopté de droit au congé parental ou paternité. Cette recherche décrit l'émergence des congés parentaux au cours des 10 à 15 dernières années dans les sphères politique, médiatique et du marché de l'emploi en Suisse. En combinant perspective de genre et analyse de discours, elle examine dans quelle mesure cette émergence remet en question les représentations et pratiques genrées de parentalité. Des méthodes de recherche mixtes sont employées pour analyser des interventions parlementaires (N=23) et des articles de presse (N=579) sur les congés parentaux. L'étude de cas d une entreprise publique qui a adopté un congé paternité payé d'un mois s'appuie sur des données de registre (N=95) et des entretiens semi-structurés avec des pères et des cadres (n=30). Les résultats indiquent que dans les trois sphères considérées, les congés parentaux ont reçu une attention croissante au cours de ces dernières années, en lien avec des événements politiques et institutionnels. Alors que dans la sphère politique il n'y a pas de consensus quant au type de congé considéré comme légitime (congé parental ou paternité), dans les sphères médiatique et du marché de l'emploi le congé paternité semble l'emporter. Dans l'ensemble, l'émergence des congés parentaux contribue à rendre la paternité plus visible dans l'espace public, remettant en question-bien que d'une manière limitée-les représentations genrées de la parentalité. En effet, d'une part l'image de pères impliqués et de rapports de genre plus égalitaires au sein de la famille est diffusée. D'autre part, mères et pères continuent à être associés à des rôles différents, les pères étant définis comme des parents secondaires et temporaires. Finalement, l'analyse révèle une tendance générale, soit l'importance croissante accordée aux aspects économiques des congés parentaux, avec pour conséquence la mise à l'écart de leur potentiel pour l'égalité de genre. Cette thèse contribue à la recherche sur les liens entre les niveaux macro- meso- et microsociaux dans la constitution des rapports de genre et de la parentalité. Elle propose également des outils pour analyser les politiques de congés parentaux en Suisse et leurs implications pour l'égalité de genre.

Multilocus phylogeography of the common lizard Zootoca vivipara at the Ibero-Pyrenean suture zone reveals lowland barriers and high-elevation introgression.

BACKGROUND: The geographic distribution of evolutionary lineages and the patterns of gene flow upon secondary contact provide insight into the process of divergence and speciation. We explore the evolutionary history of the common lizard Zootoca vivipara (= Lacerta vivipara) in the Iberian Peninsula and test the role of the Pyrenees and the Cantabrian Mountains in restricting gene flow and driving lineage isolation and divergence. We also assess patterns of introgression among lineages upon secondary contact, and test for the role of high-elevation trans-mountain colonisations in explaining spatial patterns of genetic diversity. We use mtDNA sequence data and genome-wide AFLP loci to reconstruct phylogenetic relationships among lineages, and measure genetic structure RESULTS: The main genetic split in mtDNA corresponds generally to the French and Spanish sides of the Pyrenees as previously reported, in contrast to genome-wide AFLP data, which show a major division between NW Spain and the rest. Both types of markers support the existence of four distinct and geographically congruent genetic groups, which are consistent with major topographic barriers. Both datasets reveal the presence of three independent contact zones between lineages in the Pyrenean region, one in the Basque lowlands, one in the low-elevation mountains of the western Pyrenees, and one in the French side of the central Pyrenees. The latter shows genetic evidence of a recent, high-altitude trans-Pyrenean incursion from Spain into France. CONCLUSIONS: The distribution and age of major lineages is consistent with a Pleistocene origin and a role for both the Pyrenees and the Cantabrian Mountains in driving isolation and differentiation of Z. vivipara lineages at large geographic scales. However, mountain ranges are not always effective barriers to dispersal, and have not prevented a recent high-elevation trans-Pyrenean incursion that has led to asymmetrical introgression among divergent lineages. Cytonuclear discordance in patterns of genetic structure and introgression at contact zones suggests selection may be involved at various scales. Suture zones are important areas for the study of lineage formation and speciation, and our results show that biogeographic barriers can yield markedly different phylogeographic patterns in different vertebrate and invertebrate taxa.

Implicit methods for qualitative modeling of gene regulatory networks.

Advancements in high-throughput technologies to measure increasingly complex biological phenomena at the genomic level are rapidly changing the face of biological research from the single-gene single-protein experimental approach to studying the behavior of a gene in the context of the entire genome (and proteome). This shift in research methodologies has resulted in a new field of network biology that deals with modeling cellular behavior in terms of network structures such as signaling pathways and gene regulatory networks. In these networks, different biological entities such as genes, proteins, and metabolites interact with each other, giving rise to a dynamical system. Even though there exists a mature field of dynamical systems theory to model such network structures, some technical challenges are unique to biology such as the inability to measure precise kinetic information on gene-gene or gene-protein interactions and the need to model increasingly large networks comprising thousands of nodes. These challenges have renewed interest in developing new computational techniques for modeling complex biological systems. This chapter presents a modeling framework based on Boolean algebra and finite-state machines that are reminiscent of the approach used for digital circuit synthesis and simulation in the field of very-large-scale integration (VLSI). The proposed formalism enables a common mathematical framework to develop computational techniques for modeling different aspects of the regulatory networks such as steady-state behavior, stochasticity, and gene perturbation experiments.

A methodological approach to identify teacher's ICT competencies in online learning environments in Higher Education

Aquest article pretén descriure el procés metodològic d'identificació i mesurament de les competències TIC dels professors i com a formadors en les TIC en un entorn d'aprenentatge en línia en l'Educació Superior portat a terme en el marc del Projecte Europeu Elene-TLC.La revisió de la recerca en les competències en línia del professor demostra que, en primer lloc, el mètode més utilitzat per a identificar aquestes competències és el focus group. En segon lloc, la tècnica Delphi és la tècnica més utilitzada per reunir el consens d'experts sobre quines són les competències principals per al professor en línia entre els que s'indiquen.La proposta metodològica descrita en aquest document consisteix en la creació de 7 grups de discussió en línia, l'objectiu dels quals era identificar les competències formatives dels professors en línia i les dels professos en línia. La llista de competències obtingudes posteriorment es va oferir als experts europeus que participaven en l'aplicació de la tècnica Delphi. A aquests experts se'ls va demanar que ordenessin les competències d'acord amb el seu grau d'importància.Els resultats mostren que els grups de discussió en línia i el mètode Delphi són les metodologies apropiades per a identificar les competències TIC dels professors universitaris en els entorns d'aprenentatge en línia.

JPEG standard uniform quantization error modeling with applications to sequential and progressive operation modes

In this paper we propose a method for computing JPEG quantization matrices for a given mean square error or PSNR. Then, we employ our method to compute JPEG standard progressive operation mode definition scripts using a quantization approach. Therefore, it is no longer necessary to use a trial and error procedure to obtain a desired PSNR and/or definition script, reducing cost. Firstly, we establish a relationship between a Laplacian source and its uniform quantization error. We apply this model to the coefficients obtained in the discrete cosine transform stage of the JPEG standard. Then, an image may be compressed using the JPEG standard under a global MSE (or PSNR) constraint and a set of local constraints determined by the JPEG standard and visual criteria. Secondly, we study the JPEG standard progressive operation mode from a quantization based approach. A relationship between the measured image quality at a given stage of the coding process and a quantization matrix is found. Thus, the definition script construction problem can be reduced to a quantization problem. Simulations show that our method generates better quantization matrices than the classical method based on scaling the JPEG default quantization matrix. The estimation of PSNR has usually an error smaller than 1 dB. This figure decreases for high PSNR values. Definition scripts may be generated avoiding an excessive number of stages and removing small stages that do not contribute during the decoding process with a noticeable image quality improvement.

On the use of IRMS in forensic science: proposals for a methodological approach

The flourishing number of publications on the use of isotope ratio mass spectrometry (IRMS) in forensicscience denotes the enthusiasm and the attraction generated by this technology. IRMS has demonstratedits potential to distinguish chemically identical compounds coming from different sources. Despite thenumerous applications of IRMS to a wide range of forensic materials, its implementation in a forensicframework is less straightforward than it appears. In addition, each laboratory has developed its ownstrategy of analysis on calibration, sequence design, standards utilisation and data treatment without aclear consensus.Through the experience acquired from research undertaken in different forensic fields, we propose amethodological framework of the whole process using IRMS methods. We emphasize the importance ofconsidering isotopic results as part of a whole approach, when applying this technology to a particularforensic issue. The process is divided into six different steps, which should be considered for a thoughtfuland relevant application. The dissection of this process into fundamental steps, further detailed, enablesa better understanding of the essential, though not exhaustive, factors that have to be considered in orderto obtain results of quality and sufficiently robust to proceed to retrospective analyses or interlaboratorycomparisons.

Environmental data mining and modeling based on machine learning algorithms and geostatistics

The paper presents some contemporary approaches to spatial environmental data analysis. The main topics are concentrated on the decision-oriented problems of environmental spatial data mining and modeling: valorization and representativity of data with the help of exploratory data analysis, spatial predictions, probabilistic and risk mapping, development and application of conditional stochastic simulation models. The innovative part of the paper presents integrated/hybrid model-machine learning (ML) residuals sequential simulations-MLRSS. The models are based on multilayer perceptron and support vector regression ML algorithms used for modeling long-range spatial trends and sequential simulations of the residuals. NIL algorithms deliver non-linear solution for the spatial non-stationary problems, which are difficult for geostatistical approach. Geostatistical tools (variography) are used to characterize performance of ML algorithms, by analyzing quality and quantity of the spatially structured information extracted from data with ML algorithms. Sequential simulations provide efficient assessment of uncertainty and spatial variability. Case study from the Chernobyl fallouts illustrates the performance of the proposed model. It is shown that probability mapping, provided by the combination of ML data driven and geostatistical model based approaches, can be efficiently used in decision-making process. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Univariate versus multivariate modeling of panel data

Panel data can be arranged into a matrix in two ways, called 'long' and 'wide' formats (LFand WF). The two formats suggest two alternative model approaches for analyzing paneldata: (i) univariate regression with varying intercept; and (ii) multivariate regression withlatent variables (a particular case of structural equation model, SEM). The present papercompares the two approaches showing in which circumstances they yield equivalent?insome cases, even numerically equal?results. We show that the univariate approach givesresults equivalent to the multivariate approach when restrictions of time invariance (inthe paper, the TI assumption) are imposed on the parameters of the multivariate model.It is shown that the restrictions implicit in the univariate approach can be assessed bychi-square difference testing of two nested multivariate models. In addition, commontests encountered in the econometric analysis of panel data, such as the Hausman test, areshown to have an equivalent representation as chi-square difference tests. Commonalitiesand differences between the univariate and multivariate approaches are illustrated usingan empirical panel data set of firms' profitability as well as a simulated panel data.

Modeling of Pressurizer Using APROS and TRACE Thermal Hydraulic Codes

Diplomityön tavoitteena on paineistimen yksityiskohtainen mallintaminen APROS- ja TRACE- termohydrauliikkaohjelmistoja käyttäen. Rakennetut paineistinmallit testattiin vertaamalla laskentatuloksia paineistimen täyttymistä, tyhjentymistä ja ruiskutusta käsittelevistä erilliskokeista saatuun mittausdataan. Tutkimuksen päätavoitteena on APROSin paineistinmallin validoiminen käyttäen vertailuaineistona PACTEL ATWS-koesarjan sopivia paineistinkokeita sekä MIT Pressurizer- ja Neptunus- erilliskokeita. Lisäksi rakennettiin malli Loviisan ydinvoimalaitoksen paineistimesta, jota käytettiin turbiinitrippitransientin simulointiin tarkoituksena selvittää mahdolliset voimalaitoksen ja koelaitteistojen mittakaavaerosta johtuvat vaikutukset APROSin paineistinlaskentaan. Kokeiden simuloinnissa testattiin erilaisia noodituksia ja mallinnusvaihtoehtoja, kuten entalpian ensimmäisen ja toisen kertaluvun diskretisointia, ja APROSin sekä TRACEn antamia tuloksia vertailtiin kattavasti toisiinsa. APROSin paineistinmallin lämmönsiirtokorrelaatioissa havaittiin merkittävä puute ja laskentatuloksiin saatiin huomattava parannus ottamalla käyttöön uusi seinämälauhtumismalli. Työssä tehdyt TRACE-simulaatiot ovat osa United States Nuclear Regulatory Commissionin kansainvälistä CAMP-koodinkehitys-ja validointiohjelmaa.

A Monte Carlo approach to the inverse problem of diffuse pollution risk in agricultural catchments

The hydrological and biogeochemical processes that operate in catchments influence the ecological quality of freshwater systems through delivery of fine sediment, nutrients and organic matter. Most models that seek to characterise the delivery of diffuse pollutants from land to water are reductionist. The multitude of processes that are parameterised in such models to ensure generic applicability make them complex and difficult to test on available data. Here, we outline an alternative - data-driven - inverse approach. We apply SCIMAP, a parsimonious risk based model that has an explicit treatment of hydrological connectivity. we take a Bayesian approach to the inverse problem of determining the risk that must be assigned to different land uses in a catchment in order to explain the spatial patterns of measured in-stream nutrient concentrations. We apply the model to identify the key sources of nitrogen (N) and phosphorus (P) diffuse pollution risk in eleven UK catchments covering a range of landscapes. The model results show that: 1) some land use generates a consistently high or low risk of diffuse nutrient pollution; but 2) the risks associated with different land uses vary both between catchments and between nutrients; and 3) that the dominant sources of P and N risk in the catchment are often a function of the spatial configuration of land uses. Taken on a case-by-case basis, this type of inverse approach may be used to help prioritise the focus of interventions to reduce diffuse pollution risk for freshwater ecosystems. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Population genetics of Capercaillie (Tetrao urogallus) in the Jura and the Pyrenees: a non-invasive approach to avian conservation genetics

RÉSUMÉ Le Grand tétras est un galliforme de montagne apparenté au faisan et au tétras lyre. Il est distribué de manière continue à travers la toundra et les montagnes de moyenne altitude en Europe de l'ouest. Toutefois, les populations d'Europe de l'ouest ont subi un déclin constant au cours des derniers siècles. Les causes de ce déclin sont probablement liées à l'activité humaine, telle .que l'élevage ou le tourisme, qui ont engendré une modification et une fragmentation de l'habitat de l'espèce. Malheureusement, les populations soumises à de forts déclins démographiques peuvent subir des effets génétiques (augmentation de la consanguinité et perte de diversité génétique) pouvant diminuer leur potentiel de reproduction et conduire irrémédiablement à l'extinction. Cette thèse présente les analyses conduites dans le but d'estimer l'impact du déclin démographique des populations de Grand tétras sur l'étendue et la distribution de leur variabilité génétique dans le Jura et dans les Pyrénées. Du fait de la législation locale protégeant les tétraonidés en général, mais également en raison de la biologie très cryptique du Grand tétras, l'ensemble des analyses de cette étude a été réalisé à partir de matériel génétique extrait des fientes (ou échantillonnage génétique non invasif). Dans la première partie de l'étude, je détaille les protocoles d'extraction. d'ADN et d'amplification par PCR modifiés à partir des protocoles classiques utilisant des échantillons conventionnels, riches en ADN. L'utilisation d'ADN fécal impose des contraintes dues à la mauvaise qualité et à la faible quantité du matériel génétique à disposition dans les fientes. Ces contraintes ont pu être partiellement contournées en réalisant des répétitions multiples du génotypage afin d'obtenir un degré de fiabilité suffisante. J'ai également analysé les causes de la dégradation de l'ADN dans les excréments. Parmi les causes les plus communes, telles que l'activité bactérienne, l'hydrolyse spontanée et la dégradation enzymatique par les DNases libres, c'est ce dernier facteur qui apparaît comme étant la cause majeure et la plus rapide responsable de la dégradation de la qualité des échantillons. La rapidité de l'action enzymatique suggère que les plans d'échantillonnages de excréments sur le terrain pourraient être optimisés en les réalisant dans des conditions climatiques froides et sèches, favorisant ainsi l'inhibition des DNases. La seconde partie de la thèse est une étude par simulation visant à déterminer la capacité du logiciel Structure à identifier les structures génétiques complexes et hiérarchiques fréquemment rencontrées dans les populations naturelles, et ce en utilisant différents types de marqueurs génétiques. Les troisième et quatrième parties de cette thèse décrivent le statut génétique des populations résiduelles du Jura et des Pyrénées à partir de l'analyse de 11 loci microsatellites. Nous n'avons pas pu mettre en évidence dans les deux populations des effets liés à la consanguinité ou à la réduction de la diversité génétique. De plus, la différenciation génétique entre les patches d'habitats favorables reste modérée et corrélée à la distance géographique, ce qui suggère que la dispersion d'individus entre les patches a été importante au moins pendant ces dernières générations. La comparaison des paramètres de la diversité génétique avec ceux d'autres populations de Grand tétras, ou d'autres espèces proches, indique que la population du Jura a retenu une proportion importante de sa diversité originelle. Ces résultats suggèrent que le déclin récent des populations a jusqu'ici eu un impact modéré sur les facteurs génétiques et que ces populations semblent avoir conservé le potentiel génétique nécessaire à leur survie à long terme. Finalement, en cinquième partie, l'analyse de l'apparentement entre les mâles qui participent à la parade sur les places de chant (leks) indique que ces derniers sont distribués en agrégats de manière non aléatoire, préférentiellement entre individus apparentés. De plus, la corrélation entre les distances génétique et géographique entre les leks est en accord avec les motifs d'isolement par la distance mis en évidence à d'autres niveaux hiérarchiques (entre patches d'habitat et populations), ainsi qu'avec les études menées sur d'autres espèces ayant choisi ce même système de reproduction. En conclusion, cette première étude basée uniquement sur de l'ADN nucléaire aviaire extrait à partir de fèces a fourni des informations nouvelles qui n'auraient pas pu être obtenues par une méthode d'observation sur le terrain ou d'échantillonnage génétique classique. Aucun oiseau n'a été dérangé ou capturé, et les résultats sont comparables à d'autres études concernant des espèces proches. Néanmoins, la taille de ces populations approche des niveaux au-dessous desquels la survie à long terme est fortement incertaine. La persistance de la diversité génétique pour les prochaines générations reste en conséquence liée à la survie des adultes et à une reprise du succès de la reproduction. ABSTRACT Capercaillie (Tetrao urogallus) is a large grouse that is continuously distributed across the tundra and the mid-high mountains of Western Europe. However, the populations in Western Europe have been showing a constant decline during the last decades. The causes for this decline are possibly related to human activities, such as cattle breeding and tourism that have both led to habitat modification and fragmentation. Unfortunately, populations that have undergone drastic demographic bottlenecks often go through genetic processes of inbreeding and loss of diversity that decrease their fitness and eventually lead to extinction. This thesis presents the investigations conducted to estimate the impact of the demographic decline of capercaillie populations on the extent and distribution of their genetic variability in the Jura and in the Pyrenees mountains. Because grouse are protected by wildlife legislation, and also because of the cryptic behaviour of capercaillie, all DNA material used in this study was extracted from faeces (non-invasive genetic sampling). In the first part of my thesis, I detail the protocols of DNA extraction and PCR amplification adapted from classical methods using conventional DNA-rich samples. The use of faecal DNA imposes specific constraints due to the low quantity and the highly degraded genetic material available. These constraints are partially overcome by performing multiple genotyping repetitions to obtain sufficient reliability. I also investigate the causes of DNA degradation in faeces. Among the main degraders, namely bacterial activity, spontaneous hydrolysis, and free-¬DNase activities, the latter was pointed out as the most important according to our experiments. These enzymes degrade DNA very rapidly, and, as a consequence, faeces sampling schemes must be planned preferably in cold and dry weather conditions, allowing for enzyme activity inhibition. The second part of the thesis is a simulation study aiming to assess the capacity of the software Structure to detect population structure in hierarchical models relevant to situations encountered in wild populations, using several genetic markers. The methods implemented in Structure appear efficient in detecting the highest hierarchical structure. The third and fourth parts of the thesis describe the population genetics status of the remaining Jura and Pyrenees populations using 11 microsatellite loci. In either of these populations, no inbreeding nor reduced genetic diversity was detected. Furthermore, the genetic differentiation between patches defined by habitat suitability remains moderate and correlated with geographical distance, suggesting that significant dispersion between patches was at work at least until the last generations. The comparison of diversity indicators with other species or other populations of capercaillie indicate that population in the Jura has retained a large part of its original genetic diversity. These results suggest that the recent decline has had so forth a moderate impact on• genetic factors and that these populations might have retained the potential for long term survival, if the decline is stopped. Finally, in the fifth part, the analysis of relatedness between males participating in the reproduction parade, or lek, indicate that capercaillie males, like has been shown for some other grouse species, gather on leks• among individuals that are more related than the average of the population. This pattern appears to be due to both population structure and kin-association. As a conclusion, this first study relying exclusively on nuclear DNA extracted from faeces has provided novel information that was not available through field observation or classical genetic sampling. No bird has been captured or disturbed, and the results are consistent with other studies of closely related species. However, the size of these populations is approaching thresholds below which long-term survival is unlikely. The persistence of genetic diversity for the forthcoming generations remains therefore bond to adult survival and to the increase of reproduction success.

Phylogéographie des principales vipères européennes (Vipera ammodytes, V. aspis et V. berus), structuration génétique et multipaternité chez Vipera berus

Résumé: Les vipères du genre Vipera sont des serpents venimeux distribués dans la totalité du Paléarctique. Malgré cette répartition considérable, elles sont extrêmement menacées, leur déclin étant principalement dû à la destruction et à la fragmentation de leur habitat ainsi qu'à la persécution humaine. Afin d'apporter de nouveaux éléments dans le contexte de la protection de ce groupe de reptiles, nous avons utilisé durant ce travail de thèse différents marqueurs moléculaires pour étudier la structuration génétique à petite et à large échelle chez trois espèces appartenant au genre Vipera. La première étude, une phylogéographie moléculaire de la vipère ammodytes (Vipera ammodytes), a montré dans l'ensemble de l'aire de répartition une forte structuration génétique provenant d'isolements antérieures au Pléistocène. La présence d'un nombre important de clades dans le centre des Balkans suggère que cette région a fourni de nombreux refuges isolés durant les glaciations. Ces dernières ont également eu un impact considérable sur la diversité génétique au sein de la majorité des clades, suite à d'importants goulots d'étranglement durant le Pléistocène. L'étude de la phylogéographie de la vipère aspic (Vipera aspis) a montré une différenciation génétique entre les populations présentes de chaque côté des Alpes, mais également une forte structuration interne avec la mise en évidence d'un refuge en France. Cette étude est la première à établir clairement l'utilisation d'un refuge français pour un vertébré terrestre. La troisième partie de cette thèse a étudié la phylogéographie de la vipère péliade (Vipera berus), espèce cible de ce travail. En plus de la mise en évidence d'un groupe génétique inattendu (localisé dans le nord de l'Italie, le sud de l'Autriche, le nord de la Slovénie et l'extrême sud-est de la Suisse), la variabilité génétique au sein du groupe nordique (comprenant les animaux de l'entier de l'aire de répartition de l'espèce à l'exception des individus du groupe italien et les animaux provenant des Balkans) est suffisamment importante pour conclure à l'utilisation de refuges glaciaires nordiques durant les dernières glaciations, en complément des refuges habituellement décrits pour la majorité des espèces animales (soit les péninsules ibérique, italienne et balakanique). Ces résultats nous ont conduit à effectuer une étude morphologique (quatrième partie) comparant les vipères péliades du "clade italien" et du "clade nordique" décrits ci-dessus. Seules de petites différences morphologiques ont pu être mises en évidence, malgré une séparation de ces groupes estimée à plus d'un million d'années. Une étude à plus petite échelle, centrée sur le Massif jurassien et certaines populations alpines et françaises, a été entreprise afin d'estimer leur diversité génétique et d'évaluer la structuration génétique entre les populations à l'aide de marqueurs microsatellites (cinquième partie). Une importante structuration a été observée entre les populations distantes de plus de 3 kilomètres, la structuration entre les populations plus proches étant plus limitée. De plus, une diversité génétique plus faible dans les populations jurassiennes et alpines comparativement aux populations du massif central et de la côte atlantique a été constatée, probablement due à une perte de diversité génétique lors de la recolonisation post-glaciaire. La sixième étude s'est intéressée au succès reproducteur des mâles de vipères péliades en conditions naturelles. Une corrélation entre la taille des mâles et leur succès reproducteur a été relevée, les individus de plus grande taille ayant un succès reproducteur plus élevé. Le taux de multipaternité a aussi été investigué, démontrant que la proportion de pontes issues de plusieurs pères est élevée (69%) malgré la faible densité de vipères observée sur le site étudié. Finalement, aucun lien entre le nombre de pères au sein d'une ponte et la mortalité des jeunes à la naissance n'a pu être mis en évidence, contrastant avec des travaux précédents. En conclusion, l'observation de la structuration très marquée chez les vipères péliades devrait permettre d'affiner les méthodes de protection de l'espèce dans le massif jurassien. A plus large échelle, l'importante structuration génétique observée chez les vipères ammodytes, aspic et péliade résultant de l'utilisation de nombreux refuges glaciaires, complémentaires aux refuges habituellement utilisés par les espèces animales, démontre l'intérêt de l'analyse phylogéographique des reptiles pour la compréhension des phénomènes de colonisation et d' extinction des populations durant la fin du Tertiaire et le Quaternaire. La mise en évidence chez les différentes espèces de vipères étudiées de nombreux groupes génétiques distincts (ESUs) devrait conduire à des modifications de la taxonomie ainsi qu'au statut de protection de ces espèces. Abstract: The vipers of the genus Vipera are venomous snakes widespread throughout the Palaearctic regions. Despite a large distribution area, several species are extremely threatened, especially due to the destruction and fragmentation of their habitats, as well as by human persecution. In order to increase the knowledge on these species and to improve their protection, several molecular markers have been used to investigate the genetic structure on small and large scales, within three species of the genus Vipera. The first study, a molecular phylogeography of the nose-horned viper (Vipera ammodytes), showed a considerable structuring throughout the distribution area, due to isolation into refugia before the Pleistocene. A high number of clades in the centre of the Balkans suggests that this region harboured numerous isolated glacial refugia during the last glaciation. Moreover, low genetic diversity within several clades implies that most populations of nose-horned vipers have suffered bottlenecks during the Pleistocene. The study of the phylogeography of the asp viper (Vipera aspis) showed genetic differentiation between populations on each side of the Alps, as well as considerable internal genetic structure, suggesting the use of a glacial refugium in France. This study is the first to establish firmly the occurrence of a French refugia for a terrestrial vertebrate. The third part of this work involved a phylogeographic study of the adder (Vipera berus), the target species of this thesis. Three clades were revealed: a Balkan clade (corresponding to the subspecies V. b. sachalinensis), an unexpected Italian clade (limited to northern Italy, southern Austria, northern Slovenia and southeasternmost corner of Switzerland) and a Northern clade clade (including adders of the whole distribution area excepted animals from the Balkan and the Italian clades). The genetic variability within the Northern clade is sufficiently high to conclude that a northern glacial refugia during the last glaciation, in addition to those refugia already described for the main species (Iberian, Italian and Balkan peninsula). These results motivated a morphological study (part four) comparing the adders from the Italian and the Northern clades describe above. Only small morphological differences have been found, despite the split between these two clades have taken place more than 1 million years ago. A study on a local scale, focused on the Jura Mountains, on a few populations in the Alps and France was, performed to estimate the genetic diversity and the genetic structure between populations using microsatellite markers (part five). Considerable structure was observed between populations separated by more than 3 kilometres, whereas the structure between closer populations is less marked. Moreover, lower genetic diversity in the populations from Jura Mountains and Alps was noticed compared to populations from Massif Central of Atlantic coast. Such loss of genetic variation probably followed post-glacial recolonisation. The sixth study focused on the reproductive success of male adders in the wild. A positive correlation between body length and reproductive success was observed. Multiple paternity was also observed in most of clutches (69%) despite the low density of adders in the study area. Finally, no relationship was found between the number of fathers in a clutch and the survival of offspring at birth, contradicting previous studies. To conclude, the observation of a significant genetic structure in Vipera berus will enable recommendations to be made to improve protection of this species in the Jura Mountain. On a larger scale, the considerable genetic structure found within Vipera ammdoytes, V. aspis and V. berus, resulting from isolation in additional glacial refugia to those already described for other species, demonstrates the relevance of phylogeographic studies of reptiles to better understand the colonisation and disappearance during the last Tertiary and the Quaternary. The observation of several groups of evolutionary significant units (ESUs) within the three studied species might lead to a revision of the taxonomy, as well as their conservation status.

Modeling of non-isothermalvapor membrane separation with thermodynamic models and generalized mass transfer equations

A rigorous unit operation model is developed for vapor membrane separation. The new model is able to describe temperature, pressure, and concentration dependent permeation as wellreal fluid effects in vapor and gas separation with hydrocarbon selective rubbery polymeric membranes. The permeation through the membrane is described by a separate treatment of sorption and diffusion within the membrane. The chemical engineering thermodynamics is used to describe the equilibrium sorption of vapors and gases in rubbery membranes with equation of state models for polymeric systems. Also a new modification of the UNIFAC model is proposed for this purpose. Various thermodynamic models are extensively compared in order to verify the models' ability to predict and correlate experimental vapor-liquid equilibrium data. The penetrant transport through the selective layer of the membrane is described with the generalized Maxwell-Stefan equations, which are able to account for thebulk flux contribution as well as the diffusive coupling effect. A method is described to compute and correlate binary penetrant¿membrane diffusion coefficients from the experimental permeability coefficients at different temperatures and pressures. A fluid flow model for spiral-wound modules is derived from the conservation equation of mass, momentum, and energy. The conservation equations are presented in a discretized form by using the control volume approach. A combination of the permeation model and the fluid flow model yields the desired rigorous model for vapor membrane separation. The model is implemented into an inhouse process simulator and so vapor membrane separation may be evaluated as an integralpart of a process flowsheet.