Machine learning for geospatial data : algorithms, software tools and case studies

Résumé Cette thèse est consacrée à l'analyse, la modélisation et la visualisation de données environnementales à référence spatiale à l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique (Machine Learning). L'apprentissage automatique peut être considéré au sens large comme une sous-catégorie de l'intelligence artificielle qui concerne particulièrement le développement de techniques et d'algorithmes permettant à une machine d'apprendre à partir de données. Dans cette thèse, les algorithmes d'apprentissage automatique sont adaptés pour être appliqués à des données environnementales et à la prédiction spatiale. Pourquoi l'apprentissage automatique ? Parce que la majorité des algorithmes d'apprentissage automatiques sont universels, adaptatifs, non-linéaires, robustes et efficaces pour la modélisation. Ils peuvent résoudre des problèmes de classification, de régression et de modélisation de densité de probabilités dans des espaces à haute dimension, composés de variables informatives spatialisées (« géo-features ») en plus des coordonnées géographiques. De plus, ils sont idéaux pour être implémentés en tant qu'outils d'aide à la décision pour des questions environnementales allant de la reconnaissance de pattern à la modélisation et la prédiction en passant par la cartographie automatique. Leur efficacité est comparable au modèles géostatistiques dans l'espace des coordonnées géographiques, mais ils sont indispensables pour des données à hautes dimensions incluant des géo-features. Les algorithmes d'apprentissage automatique les plus importants et les plus populaires sont présentés théoriquement et implémentés sous forme de logiciels pour les sciences environnementales. Les principaux algorithmes décrits sont le Perceptron multicouches (MultiLayer Perceptron, MLP) - l'algorithme le plus connu dans l'intelligence artificielle, le réseau de neurones de régression généralisée (General Regression Neural Networks, GRNN), le réseau de neurones probabiliste (Probabilistic Neural Networks, PNN), les cartes auto-organisées (SelfOrganized Maps, SOM), les modèles à mixture Gaussiennes (Gaussian Mixture Models, GMM), les réseaux à fonctions de base radiales (Radial Basis Functions Networks, RBF) et les réseaux à mixture de densité (Mixture Density Networks, MDN). Cette gamme d'algorithmes permet de couvrir des tâches variées telle que la classification, la régression ou l'estimation de densité de probabilité. L'analyse exploratoire des données (Exploratory Data Analysis, EDA) est le premier pas de toute analyse de données. Dans cette thèse les concepts d'analyse exploratoire de données spatiales (Exploratory Spatial Data Analysis, ESDA) sont traités selon l'approche traditionnelle de la géostatistique avec la variographie expérimentale et selon les principes de l'apprentissage automatique. La variographie expérimentale, qui étudie les relations entre pairs de points, est un outil de base pour l'analyse géostatistique de corrélations spatiales anisotropiques qui permet de détecter la présence de patterns spatiaux descriptible par une statistique. L'approche de l'apprentissage automatique pour l'ESDA est présentée à travers l'application de la méthode des k plus proches voisins qui est très simple et possède d'excellentes qualités d'interprétation et de visualisation. Une part importante de la thèse traite de sujets d'actualité comme la cartographie automatique de données spatiales. Le réseau de neurones de régression généralisée est proposé pour résoudre cette tâche efficacement. Les performances du GRNN sont démontrées par des données de Comparaison d'Interpolation Spatiale (SIC) de 2004 pour lesquelles le GRNN bat significativement toutes les autres méthodes, particulièrement lors de situations d'urgence. La thèse est composée de quatre chapitres : théorie, applications, outils logiciels et des exemples guidés. Une partie importante du travail consiste en une collection de logiciels : Machine Learning Office. Cette collection de logiciels a été développée durant les 15 dernières années et a été utilisée pour l'enseignement de nombreux cours, dont des workshops internationaux en Chine, France, Italie, Irlande et Suisse ainsi que dans des projets de recherche fondamentaux et appliqués. Les cas d'études considérés couvrent un vaste spectre de problèmes géoenvironnementaux réels à basse et haute dimensionnalité, tels que la pollution de l'air, du sol et de l'eau par des produits radioactifs et des métaux lourds, la classification de types de sols et d'unités hydrogéologiques, la cartographie des incertitudes pour l'aide à la décision et l'estimation de risques naturels (glissements de terrain, avalanches). Des outils complémentaires pour l'analyse exploratoire des données et la visualisation ont également été développés en prenant soin de créer une interface conviviale et facile à l'utilisation. Machine Learning for geospatial data: algorithms, software tools and case studies Abstract The thesis is devoted to the analysis, modeling and visualisation of spatial environmental data using machine learning algorithms. In a broad sense machine learning can be considered as a subfield of artificial intelligence. It mainly concerns with the development of techniques and algorithms that allow computers to learn from data. In this thesis machine learning algorithms are adapted to learn from spatial environmental data and to make spatial predictions. Why machine learning? In few words most of machine learning algorithms are universal, adaptive, nonlinear, robust and efficient modeling tools. They can find solutions for the classification, regression, and probability density modeling problems in high-dimensional geo-feature spaces, composed of geographical space and additional relevant spatially referenced features. They are well-suited to be implemented as predictive engines in decision support systems, for the purposes of environmental data mining including pattern recognition, modeling and predictions as well as automatic data mapping. They have competitive efficiency to the geostatistical models in low dimensional geographical spaces but are indispensable in high-dimensional geo-feature spaces. The most important and popular machine learning algorithms and models interesting for geo- and environmental sciences are presented in details: from theoretical description of the concepts to the software implementation. The main algorithms and models considered are the following: multi-layer perceptron (a workhorse of machine learning), general regression neural networks, probabilistic neural networks, self-organising (Kohonen) maps, Gaussian mixture models, radial basis functions networks, mixture density networks. This set of models covers machine learning tasks such as classification, regression, and density estimation. Exploratory data analysis (EDA) is initial and very important part of data analysis. In this thesis the concepts of exploratory spatial data analysis (ESDA) is considered using both traditional geostatistical approach such as_experimental variography and machine learning. Experimental variography is a basic tool for geostatistical analysis of anisotropic spatial correlations which helps to understand the presence of spatial patterns, at least described by two-point statistics. A machine learning approach for ESDA is presented by applying the k-nearest neighbors (k-NN) method which is simple and has very good interpretation and visualization properties. Important part of the thesis deals with a hot topic of nowadays, namely, an automatic mapping of geospatial data. General regression neural networks (GRNN) is proposed as efficient model to solve this task. Performance of the GRNN model is demonstrated on Spatial Interpolation Comparison (SIC) 2004 data where GRNN model significantly outperformed all other approaches, especially in case of emergency conditions. The thesis consists of four chapters and has the following structure: theory, applications, software tools, and how-to-do-it examples. An important part of the work is a collection of software tools - Machine Learning Office. Machine Learning Office tools were developed during last 15 years and was used both for many teaching courses, including international workshops in China, France, Italy, Ireland, Switzerland and for realizing fundamental and applied research projects. Case studies considered cover wide spectrum of the real-life low and high-dimensional geo- and environmental problems, such as air, soil and water pollution by radionuclides and heavy metals, soil types and hydro-geological units classification, decision-oriented mapping with uncertainties, natural hazards (landslides, avalanches) assessments and susceptibility mapping. Complementary tools useful for the exploratory data analysis and visualisation were developed as well. The software is user friendly and easy to use.

Quand la droite nationaliste montre les minarets : la médiatisation ambigüe d'une initiative populaire en Suisse

This contribution addresses the anti-minaret referendum accepted by the Swiss people in 2009, using data drawn from the main television news program in French-speaking Switzerland. The analysis tries to point out ambiguities in the media coverage of this referendum and to show how increasing the Muslims' visibility worked against their public recognition. The clarification of the concept of visibility pays attention to the ways in which certain actors (politicians of the nationalist right) force others (the Muslims of Switzerland) to appear in the public sphere, creating controversy and publicizing their identity aspirations. This investigation leads to an inquiry on the normative conditions necessary for democratic debate. Cette contribution revient sur l'initiative anti-minarets acceptée par le peuple suisse en 2009, à partir de matériau provenant du principal journal de la Télévision suisse romande. L'analyse tente de ressaisir les ambiguïtés inhérentes à la médiatisation de cette initiative et de montrer comment la visibilisation des musulmans a joué en défaveur de leur reconnaissance publique. L'élucidation du concept de visibilité se veut attentive à certaines formes d'instrumentalisation par des acteurs (des politiciens de la droite nationaliste) qui en forcent d'autres (les musulmans de Suisse) à apparaître dans l'espace public, afin de susciter une controverse et publiciser leur programme identitaire. L'enquête débouche sur une interrogation relative aux conditions normatives nécessaires à la tenue d'un débat démocratique.

La Layetania interior : estudio arqueomorfológico en un área urbana (Vallès, Barcelona). Aspectos metodológicos

Landscape research in urban or peri-urban areas implies important methodological constraints. In this sense, the area of study, placed in the Vallès basin, near the city of Barcelona, has known an important process of urbanization in the last two decades. This fact restrains the retrieving of archaeological data and the development of archaeological surveys and field-walking. The particular topography of the area must also be taken into account. It is characterised by soft slopes resulting from a differentiated seasonal rainfall. Archaeomorphological analysis has been therefore reconsidered in order to adapt its methods and techniques to this particular environment. The destruction of large agrarian areas implies that landscape morphology research must focus on an intensive work through historical cartography and old aerial photography within a gis environment. The article presents the results of the archaeological research developed in this area. The methodological approach previously exposed and the diversity of sources analysed has allowed us to characterize the ancient road network and to identify field systems from different periods.

Characterising the role of T-cell subsets in experimental allograft rejection and transplantation tolerance

SUMMARY : The recognition by recipient T cells of the allograft major histocompatibility complex (MHC)mismatched antigens is the primary event that ultimately leads to rejection. In the transplantation setting, circulating alloreactive CD4+ T cells play a central role in the initiation and the coordination of the immune response and can initiate the rejection of an allograft via three distinct pathways: the direct, indirect and the recently described semi-direct pathway. However, the exact role of individual CD4+ T-cell subsets in the development of allograft rejection is not clearly defined. Furthermore, besides pathogenic effector T cells, a new subset of T cells with regulatory properties, the CD4+CD25+Foxp3+ (Treg) cells, has come under increased scrutiny over the last decade. The experiments presented in this thesis were designed to better define the phenotype and functional characteristics of CD4+ T-cell subsets and Treg cells in vitro and in vivo in a marine adoptive transfer and skin transplantation model. As Treg cells play a key role in the induction and maintenance of peripheral transplantation tolerance, we have explored whether donor-antigen specific Treg cells could be expanded in vitro. Here we describe a robust protocol for the ex-vivo generation and expansion of antigen-specific Treg cells, without loss of their characteristic phenotype and suppressive function. In our in vivo transplantation model, antigen-specific Treg cells induced donor-specific tolerance to skin allografts in lymphopenic recipients and significantly delayed skin graft rejection in wild-type mice in the absence of any other immunosuppression. Naïve and memory CD4+ T cells have distinct phenotypes, effector functions and in vivo homeostatsis, and thus may play different roles in anti-donor immunity after transplantation. We have analyzed in vitro and in vivo primary alloresponses of naïve and cross-reactive memory CD4+ T cells. We found that the CD4+CD45RBlo memory T-cell pool was heterogeneous and contained cells with regulatory potentials, both in the CD4+CD25+ and CD4+CD25- populations. CD4+ T cells capable of inducing strong primary alloreactive responses in vitro and rejection of a first allograft in vivo were mainly contained within the CD45RBhi naïve CD4+ T-cell compartment. Taken together, the work described in this thesis provides new insights into the mechanisms that drive allograft rejection or donor-specific transplantation tolerance. These results will help to optimise current clinical immunosuppressive regimens used after solid organ transplantation and design new immunotherapeutic strategies to prevent transplant rejection. RÉSUMÉ : ROLE DES SOUS-POPULATIONS DE CELLULES T DANS LE REJET DE GREFFE ET L'INDUCTION DE TOLERANCE EN TRANSPLANTATION La reconnaissance par les cellules T du receveur des alloantigènes du complexe majeur d'histocompatibilité (CMIT) présentés par une greffe allogénique, est le premier événement qui aboutira au rejet de l'organe greffé. Dans le contexte d'une transplantation, les cellules alloréactives T CD4+ circulantes jouent un rôle central dans l'initiation et la coordination de 1a réponse immune, et peuvent initier le rejet par 3 voies distinctes : la voie directe, indirecte et la voie servi-directe, plus récemment décrite. Toutefois, le rôle exact des sous-populations de cellules T CD4+ dans les différentes étapes menant au rejet d'une allogreffe n'est pas clairement établi. Par ailleurs, hormis les cellules T effectrices pathogéniques, une sous-population de cellules T ayant des propriétés régulatrices, les cellules T CD4+CD25+Foxp3+ (Treg), a été nouvellement décrite et est intensément étudiée depuis environ dix ans. Les expériences présentées dans cette thèse ont été planifiées afin de mieux définir le phénotype et les caractéristiques fonctionnels des sous-populations de cellules T CD4+ et des Treg in vitro et in vivo dans un modèle marin de transfert adoptif de cellules et de transplantation de peau. Comme les cellules Treg jouent un rôle clé dans l'induction et le maintien de la tolérance périphérique en transplantation, nous avons investigué la possibilité de multiplier in vitro des cellules Treg avec spécificité antigénique pour le donneur. Nous décrivons ici un protocole reproductible pour la génération et l'expansion ex-vivo de cellules Treg avec spécificité antigénique, sans perte de leur phénotype caractéristique et de leur fonction suppressive. Dans notre modèle in vivo de transplantation de peau, ces cellules Treg pouvaient induire une tolérance spécifique vis-à-vis du donneur chez des souris lymphopéniques, et, chez des souris normales non-lymphopéniques ces Treg ont permis de retarder significativement le rejet en l'absence de tout traitement immunosuppresseur. Les cellules T CD4+ naïves et mémoires se distinguent par leur phénotype, fonction effectrice et leur homéostasie in vivo, et peuvent donc moduler différemment la réponse immune contre le donneur après transplantation. Nous avons analysé in vitro et in vivo les réponses allogéniques primaires de cellules T CD4+ naïves et mémoires non-spécifiques (cross-réactives). Nos résultats ont montré que le pool de cellules T CD4+CD45RB'° mémoires était hétérogène et contenait des cellules avec un potentiel régulateur, aussi bien parmi la sous-population de cellules CD4+CD25+ que CD4+CD25+. Les cellules T CD4+ capables d'induire une alloréponse primaire intense in vitro et le rejet d'une première allogreffe in vivo étaient essentiellement contenues dans le pool de cellules T CD4+CD45RBhi naïves. En conclusion, le travail décrit dans cette thèse amène un nouvel éclairage sur les mécanismes responsables du rejet d'une allogreffe ou de l'induction de tolérance en transplantation. Ces résultats permettront d'optimaliser les traitements immunosuppresseurs utilisés en transplantation clinique et de concevoir des nouvelles stratégies irnmuno-thérapeutiques pour prévenir le rejet de greffe allogénique.

Conditions et environnement de travail des professionnels en prison: comparaison entre soignants et surveillants

Objectif Le présent travail a consisté à identifier et comparer, au moyen d'un questionnaire auto-administré, les conditions ergonomiques, les nuisances environnementales et les facteurs de stress rencontrés par le personnel soignant (n = 35) et le personnel pénitentiaire (n = 240) travaillant dans les mêmes prisons. Quatre ans ont séparé la remise du questionnaire auprès des surveillants et des soignants, ce qui limite la portée des résultats. Malgré cela, la comparaison des données fournies montre des tendances intéressantes. Résultats Sur un plan ergonomique, les soignants rencontrent une plus faible pénibilité que les surveillants. Sur un plan environnemental, les soignants sont gênés par un nombre moins important de nuisances que les surveillants, ces derniers étant exposés à des conditions très diverses de travail (divisions de haute sécurité, ateliers de production, domaines agricoles). Par contre, concernant les facteurs de stress, les soignants éprouvent des tensions dans des proportions presque identiques aux surveillants, suite aux interventions d'urgences, à la surcharge de travail, aux relations avec les détenus et à la mauvaise ambiance au travail. En outre, les soignants et surveillants paraissent souffrir différemment d'éléments d'organisation tels que le sentiment de travailler sous pression, le manque d'écoute et le manque de considération. Enfin les soignants signalent un risque de violence plus élevé ainsi qu'un manque de reconnaissance plus important que les surveillants. Conclusion Les surveillants doivent continuer à faire l'objet d'un suivi attentif des services de santé au travail. En ce qui concerne les soignants, l'accent doit être mis sur l'amélioration de leur organisation interne de travail en approfondissant, entre autres, la question du manque de reconnaissance, le sentiment de travail sous pression, ainsi qu'en poursuivant les efforts sur la formation à la lutte contre la violence. [Auteurs]

« Représentations de la maltraitance infantile d'un groupe d'enseignantes d'une école primaire du canton de Vaud, leur rôle dans ce domaine et leurs connaissances sur les procédures de signalement. »

Le rapport international le plus récent concernant la maltraitance infantile date de 2006 : il s'agit du Rapport mondial sur la violence contre les enfants, du Secrétaire général des Nations Unies (1). La définition retenue pour la maltraitance infantile s'inspire de celle du Rapport mondial sur la violence et la santé, de l'OMS en 2002 (2) : «La menace ou l'utilisation intentionnelle de la force physique ou du pouvoir contre un enfant par un individu ou un groupe qui entraîne ou risque fortement de causer un préjudice à la santé, à la survie, au développement ou à la dignité de l'enfant.». Il existe différentes formes de maltraitance : - la maltraitance physique (brutalités, coups, blessures, brûlures, etc.)  la maltraitance psychologique (insultes, humiliation, isolement, terroriser l'enfant, etc.) - la maltraitance sexuelle (exhibitionnisme, attouchements, relations sexuelles, etc.) - les négligences (manque d'attention et de soins) Dans la majorité des cas, plusieurs formes de maltraitances sont présentes chez un enfant victime de mauvais traitements ; elles se chevauchent (3). L'Observatoire national de l'Action Sociale Décentralisée (ODAS) a réalisé une classification des enfants à protéger, les définitions sont les suivantes (4): L'enfant maltraité est « celui qui est victime de violences physiques, d'abus sexuels, de cruauté mentale, de négligences lourdes ayant des conséquences sur son développement physique et psychologique. » L'enfant en risque est « celui qui connaît des conditions d'existence qui risquent de mettre en danger sa santé, sa sécurité, sa moralité, son éducation ou son entretien, mais qui n'est pas pour autant maltraité. » L'enfant en souffrance est « un enfant aimé et soigné mais qui souffre des conditions d'existences qui fragilisent ou menacent son développement et son épanouissement personnel. » En Suisse, peu de données sont disponibles concernant la prévalence de la maltraitance étant donné la difficulté à récolter des données. Selon l'Office Fédéral de la Statistique suisse, les résultats d'une étude de 2004 montre une diminution des châtiments corporels par rapport à une étude semblable réalisée 12 ans auparavant (5). Cependant, la maltraitance infantile est un problème de santé publique du fait de la gravité de ses conséquences sur la santé physique, mentale et sociale de l'individu et de son retentissement sur la communauté ainsi que de sa fréquence estimée dans la population suisse. Elle a des effets néfastes sur la santé de l'enfant par mortalité directe ou morbidité directe ou indirecte et représente également un facteur de risque pour la santé physique et mentale, le développement et les perspectives de réalisation personnelle du jeune adulte et de l'adulte (6). On sait aujourd'hui que le nombre de cas de maltraitance signalés en Suisse est en augmentation. Ceci démontre que la maltraitance est un phénomène courant. Cependant, les professionnels ne pensent pas MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 3 que le phénomène de la maltraitance infantile soit en augmentation, mais que les cas de maltraitance sont mieux repérés, que les professionnels s'occupant d'enfants sont plus sensibles à cette problématique et qu'il y a donc davantage de signalements (7). La prévention de la maltraitance est nécessaire et possible. Des interventions ont établi leur efficacité et il a été démontré que plus l'intervention est précoce, plus elle a de chances de réussite (2). C'est la raison pour laquelle il est important de repérer les cas de maltraitance précocement afin de pouvoir intervenir, aider les familles et garantir la protection de l'enfant. Des mesures de prévention ont été mises en place au niveau international, comme au niveau fédéral, pour assurer la reconnaissance et la prise en charge de l'enfant victime de maltraitance. Au niveau international, la Convention internationale des droits de l'enfant a été adoptée par l'Assemblée Générale en 1989 (8). Elle reconnaît l'enfant comme personne indépendante ayant des droits propres. Cette convention est divisée en quatre parties comportant : les principes directeurs (la non-discrimination, viser les meilleurs intérêts pour l'enfant, le droit de vivre, de survivre et de se développer, le droit de participation), les droits de survie et de développement (le droit à avoir les ressources, les compétences et les contributions nécessaires pour pouvoir survivre et pouvoir profiter d'un développement complet), les droits de protection (de toutes les formes de maltraitance envers les enfants, négligences, exploitation et cruauté), les droits de participation (la liberté d'expression de leurs opinions, de parler de sujets qui concernent leur vie sociale, économique, religieuse, culturelle ou politique et d'être écouté, la liberté d'information et la liberté d'association). Les stratégies de prévention de la maltraitance infantile visent à réduire les causes sous- jacentes et les facteurs de risque, tout en renforçant les facteurs de protection, de façon à prévenir de nouveaux cas (9). Elles comprennent : les stratégies sociétales et communautaires (mise en place de réformes juridiques et des droits de la personne humaine, instauration des politiques sociales et économiques favorables, correction des normes sociales et culturelles, réduction des inégalités économiques, réduction du facteur de risque environnemental, formation des professionnels), les stratégies relationnelles (formation parentale et des adultes s'occupant d'enfants), les stratégies individuelles (apprendre aux enfants à reconnaître et à éviter les situations de violence potentielle). En plus des mesures structurelles mises en place par les états (scolarisation obligatoire, dispositif légal, service de protection des enfants et des jeunes, services de santé spécialisés, etc.), des associations de lutte contre la maltraitance infantile existent et jouent également un rôle important dans la prévention. Par exemple, la Fondation Suisse pour la Protection de l'Enfant s'emploie à analyser les causes de la violence envers les MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 4 enfants et à les combattre, à protéger les enfants contre la violence physique, psychologique, sexuelle et structurelle ainsi que contre la négligence par le biais d'un travail de prévention ciblé à l'échelle nationale. Elle vise également à apprendre aux enfants comment se protéger eux-mêmes et demander de l'aide, à sensibiliser les adultes qui les entourent au fait que les enfants ont une personnalité propre et qu'ils ont le droit d'être protégés et encouragés et à demander au niveau politique que l'on mette en place des structures adaptées aux enfants (10).

Du curatif au palliatif. Confrontation et renouvellement des pratiques hospitalières face à la fin de vie

Sur la base de données ethnographiques rendant compte d'échanges quotidiens entre une équipe mobile de soins palliatifs et différents services de « première ligne » d'un hôpital, cet article considère les relations d'intermédicalité entre ces cultures médicales divergentes. Dans un premier temps, les obstacles qui émergent lors de tentatives d'intégration du nouveau modèle proposé par les soins palliatifs seront discutés. En effet, celui-ci introduit une conception nouvelle de la trajectoire de la maladie incurable traduisant des valeurs fondamentales telles que prendre du temps et s'adapter aux besoins du patient tout en soulageant efficacement les symptômes liés à l'incurabilité et à la fin de vie. Les données recueillies dans cette enquête montrent que, tout en se confrontant à l'ordre hospitalier, les soins palliatifs participent dans une certaine mesure au renouvellement de pratiques institutionnelles. Dans un deuxième temps, ces confrontations et transformations seront lues à la lumière d'enjeux de pouvoir sous-jacents influençant le processus de reconnaissance des soins palliatifs dans le champ médical. En tant que nouvelle spécialité « à contre-courant », une forte adaptation est requise laissant poindre le risque d'assimilation de l'équipe mobile à l'institution hospitalière.

Montrer les minarets pour imposer une Suisse «chrétienne» : les sources évangéliques d'une initiative populaire

Cette contribution revient sur l'initiative anti-minarets acceptée par le peuple suisse en 2009, retraçant la confection de certains de ses arguments dès le début des années 2000, par l'Union démocratique fédérale, un petit parti d'inspiration évangélique. L'analyse ressaisit la façon dont la médiatisation la monstration des musulmans a joué en défaveur de leur reconnaissance publique. L'élucidation du concept de visibilité se veut attentive à certaines formes d'instrumentalisation de la publicité par des acteurs (des politiciens de la droite religieuse) qui en forcent d'autres (les musulmans de Suisse) à apparaître dans l'espace public, afin de susciter une controverse et promouvoir leur programme identitaire, qui vise à inscrire le christianisme dans les institutions nationales, de façon à inverser le processus de sécularisation.

Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

Prácticas docentes con simuladores de vuelo

Este trabajo presenta las prácticas de laboratorio de la asignatura de Tecnología Aaeroespacial, perteneciente a la titulación de Ingeniería Técnica Aeronáutica (especialidad en Aeronavegación) y que se imparte en la Escuela Politécnica Superior de Castelldefels (EPSC) de laUniversidad Politécnica de Catalunya (UPC). Dichas prácticas se desarrollan en grupos de dos estudiantes alrededor de un conocido programa de simulación de vuelo y permiten al alumno ver y profundizar en los diferentes aspectos tratados en las clases teóricas de una manera próxima a la realidad y muy amigable.El alumno debe afrontarse a situaciones que, a lo largo de las diferentes sesiones de laboratorio, aumentan progresivamente en complejidad y conocimientos previos necesarios para resolverlas. Con esto, se llega a la práctica final donde cada pareja de estudiantes realiza un vuelo completosimulado de principio a fin que ha ido preparando y experimentando por partes durante el curso.Además, este vuelo se realiza en un entorno de simulación de tráfico aéreo en tiempo real con control del tráfico aéreo virtual (formado por estudiantes voluntarios de cursos superiores) que da aun más realismo a la simulación.Después de seis cursos consecutivos realizando esta experiencia, este trabajo concluye que este tipo de prácticas motivan significativamente al alumno a profundizar en los aspectos de la asignatura y potencian el trabajo cooperativo y el aprendizaje basado en proyectos.

Jour de rien : la nuit sans les dieux. Paul Valéry, la mer, le matin

(Résumé de l'ouvrage) Professeur émérite de la Faculté de théologie protestante de Montpellier, dont il a occupé la chaire de dogmatique de 1971 à 1998, André Gounelle incarne, pour des générations d'étudiants et de lecteurs, une certaine idée de la rigueur intellectuelle. Son attention profonde à la pensée des autres, la forme lumineusement classique de son discours, sa probité radicale et sans réserve dans l'exercice de la critique sont les fondements de la tâche qu'il s'est donnée (formuler les conditions d'un croire possible), de la quête qui l'occupe (dire et penser le Dieu vivant), du grand souci qui le caractérise (transmettre et faire partager l'Évangile). La diversité des contributions qui composent ce volume signale à la fois l'étendue des champs d'exploration et l'ampleur du retentissement des travaux d'André Gounelle. Ses études sur la pensée religieuse et philosophique de Blaise Pascal ou de Paul Tillich, ses dialogues avec les théologiens de la mort de Dieu ou du Process et, bien sûr, ses nombreuses monographies sur la dogmatique chrétienne d'hier et d'aujourd'hui rayonnent bien au-delà des frontières de l'hexagone et du protestantisme. En témoignent, à leur manière, les titres de Docteur honoris causa que lui ont conféré l'Université de Lausanne et l'Université Laval de Québec. Le volume jubilaire que voici a été offert à André Gounelle à l'occasion de son soixante-dixième anniversaire. C'est à l'ami et au maître que les trente-et-un auteurs de ces mélanges ont tenu à exprimer leur estime et leur reconnaissance.

A Middleware architecture for Unmanned Aircraft Avionics

An Unmanned Aerial Vehicle is a non-piloted airplane designed to operate in dangerous and repetitive situations. With the advent of UAV's civil applications, UAVs are emerging as a valid option in commercial scenarios. If it must be economically viable, the same platform should implement avariety of missions with little reconguration time and overhead.This paper presents a middleware-based architecture specially suited to operate as a exible payload and mission controller in a UAV. The system is composed of low-costcomputing devices connected by network. The functionality is divided into reusable services distributed over a number ofnodes with a middleware managing their lifecycle and communication.Some research has been done in this area; yetit is mainly focused on the control domain and in its realtime operation. Our proposal differs in that we address the implementation of adaptable and reconfigurable unmannedmissions in low-cost and low-resources hardware.

Advances in UAS for forest fire fighting

Peer reviewed

Project SKY-EYE: applying UAVs to forest fire fighter support and monitoring

Peer reviewed

Poblament i estructuració del territori a la comarca del Vallès Oriental: una proposta metodològica

Landscape research in urban or peri-urban areas implies important methodological constraints. In this sense, the area of study, placed in the Vallès basin, near the city of Barcelona, has known an important process of landscape’s transformation in the last two decades. This fact restrains the retrieving of archaeological data and the development of archaeological surveys and fieldwalking. The destruction of large agrarian areas implies that landscape morphology research must focus on an intensive work with historical cartography and old aerial photography within a GIS environment.