Répercussions actuelles et futures du changement climatique sur les communautés benthiques dans l'Arctique Canadien

L’océan Arctique est une des régions les plus touchées par les changements climatiques. Une importante augmentation de la température de ses eaux de surfaces et des précipitations y est attendue, entrainant une perte significative du couvert de glace et une augmentation des activités humaines. Causant des effets sur les paramètres physico-chimiques, ces changements devraient directement affecter les producteurs primaires (algues de glace et phytoplancton), et de ce fait limiter l’apport de matière organique vers les fonds marins. Il est ainsi admis que les changements climatiques affecteraient la distribution, la diversité et l’abondance des communautés benthiques, en raison de leur impact sur les paramètres environnementaux (couplage pélago-benthique et paramètres physico-chimiques), mais également sur les services et fonctions écosystémiques (par exemple la reminéralisation benthique). La diminution de l’étendue et de l’épaisseur de la glace de mer, la désalinisation des eaux de surface ou bien encore l’augmentation du trafic maritime dans les régions de la Baie d’Hudson et de l’est de l’Arctique Canadien, sont susceptibles d’être à l’origine de grands changements dans la structure des communautés benthiques et des habitats à structures biogéniques. Les impacts des changements climatiques sur les écosystèmes benthiques arctiques étant jusqu’alors peu connus, les objectifs de cette thèse étaient de i) d’apporter une description plus complète et actualisée de la diversité et la distribution spatiale des communautés benthiques dans le complexe de la Baie d’Hudson ; ii) de comprendre les effets des changements climatiques sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes benthiques; et iii) d’enrichir les connaissances des écosystèmes benthiques et d’appuyer la désignation de zones d’intérêt écologique et biologique ainsi que des aires marines protégées. Les travaux réalisés pendant cette thèse nous ont permis de i) mettre à jour les données épibenthiques dans le complexe de la Baie d’Hudson ; ii) aider les gestionnaires dans la mise en place de zones d’importance écologique et biologique ainsi que de zones d’intérêts pour une future désignation d’aires marines protégées; et iii) mettre en évidence l’importance des coraux de bambous en milieu profond sur le fonctionnement de l’écosystème benthique. Un total de 380 taxa a été dénombré dans 46 stations à travers le complexe de la Baie d’Hudson. Malgré une relativement faible couverture spatiale de notre échantillonnage, nous avons été en mesure d’estimer que ce recensement représentait 71 % des taxons présents dans le complexe de la Baie d’Hudson. Nous avons montré que la biomasse, l’abondance, la diversité ainsi que la distribution spatiale des communautés épibenthiques étaient fortement influencées par le substrat, la salinité, les ressources alimentaires et la couverture de glace. Nous avons aussi pu démontrer que la faible diversité, abondance et biomasse des communautés observées près des côtes étaient causées par les importants écoulements d’eaux douces. À l’inverse, les données récoltées dans les polynies situées plus au large montrent un fort couplage pélago-benthique se traduisant par une forte productivité en termes de biomasse, d’abondance et de diversité. L’utilisation d’un modèle de distribution des communautés a permis de démontrer l’importance de la présence de glace et indirectement des algues de glace associées à cet habitat sur les communautés épibenthiques occupant le centre de la Baie d’Hudson. La projection des communautés sous un scénario climatique RCP4.5 a révélé que le centre de la Baie ressortait, potentiellement, comme étant la zone la plus vulnérable aux changements climatiques puisqu’une perte de diversité liée à la diminution de la glace de mer est attendue. À l’inverse, les zones côtières pourraient possiblement servir de refuges en augmentant la diversité. En outre, notre étude a montré que la présence des structures biogéniques telles que les coraux bambous, dans les habitats profonds, améliore le piégeage des particules de matière organique menant à une plus forte densité d’espèces endofauniques dans ces milieux comparativement à des sédiments nus. Cet effet a également été constaté dans la reminéralisation benthique où les sédiments des structures biogéniques agissaient comme source de nitrates et d’ammonium. En revanche, nos travaux n’ont pu démontrer ces effets dans un habitat moins profond hébergeant des éponges. En générant de nouvelles connaissances sur la répartition actuelle et future des communautés épibenthiques du complexe de la Baie d’Hudson ainsi que sur le fonctionnement de l’écosystème benthique dans les habitats à structures biogéniques, les résultats de cette thèse contribueront à désigner des zones d’importance écologique et biologique ainsi qu’à la mise en place d’aires marines protégées et de stratégies de conservation de la biodiversité arctique.The Arctic Ocean is emerging as one of the regions that is most affected by climate change. A significant increase in precipitation and sea surface water temperatures are expected and will undeniably lead to a significant loss of sea ice cover. Because of their effects on physicochemical parameters, these changes are expected to directly impact the surface primary producers (sea ice algae and phytoplankton), thereby limiting organic matter input towards the seafloor. It is thus commonly accepted that climate change will affect the distribution, diversity and abundance of benthic communities, due to its impact on environmental parameters (pelagic-benthic coupling and physicochemical parameters), and on ecosystem services and functions (e.g., benthic remineralization). As a consequence, the decrease in sea ice cover, the desalination of the surface layer or the increase in shipping traffic in the Hudson Bay Complex and in the eastern Canadian Arctic will likely lead to major changes in benthic community structure and biogenic structural habitats. In this context and since the impacts of climate change on benthic arctic ecosystems were still poorly understood, the objectives of this thesis were to i) describe the diversity and distribution of epibenthic communities in the Hudson Bay Complex and ii) understand the effects of climate change on biodiversity and benthic ecosystem functioning. The outcomes of this thesis allowed us to i) provide the most recent survey on epibenthic organisms in the Hudson Bay Complex and their relationships with environmental variables; ii) identify diversity hotspots sensitive to climate change; and iii) document and compare benthic biodiversity and fluxes within biogenic structures and adjacent bare sediments in the Canadian Arctic. A total of 380 taxa have been identified from 46 stations sampled across the Hudson Bay Complex. Despite the relatively low spatial coverage of our sampling, we estimated that our survey represented 71% of the taxa present in the Hudson Bay Complex. We showed that biomass, abundance, diversity and spatial distribution of epibenthic communities were strongly influenced by substrate, salinity, food supply and sea ice cover. We also showed that freshwater inputs were responsible for the lowest biomass, abundance and diversity observed along the coasts. In contrast, data collected from polynyas, further offshore, showed strong pelagic-benthic coupling resulting in high productivity in terms of biomass, abundance and diversity. Moreover, hierarchical modelling of species communities highlighted the influence of sea ice and indirectly of sea ice algae on the epibenthic communities occupying the central Hudson Bay. Projections of the structure of epibenthic communities under a RCP4.5 climate scenario revealed that the central Hudson Bay emerges as the most vulnerable area to climate change with a future diversity loss related to the decrease of sea ice. On the contrary, it would appear that coastal areas will serve as refuges and increase the diversity. In addition, our study showed that the presence of biogenic structures in deep habitats improved the trapping of organic matter, leading to a higher density of infauna in these environments compared to bare sediments. Their presence has also been found to enhance sediment nutrient release in the form of nitrates and ammonium. However, our study could not demonstrate these effects in a shallower sponge habitat. By providing new knowledge on the current and future distribution of epibenthic communities in the Hudson Bay Complex and the benthic ecosystem functioning in habitats with biogenic structures, results obtained during this thesis will contribute to the designation of Ecologically and Biologically Significant Areas, as well as to the establishment of Marine Protected Areas and conservation strategies in the Arctic Ocean

Évaluation qualitative des word embeddings : étude de l'instabilité dans les modèles neuronaux

Distributional semantics has been revolutionized by neural-based word embeddings methods such as word2vec that made semantics models more accessible by providing fast, efficient and easy to use training methods. These dense representations of lexical units based on the unsupervised analysis of large corpora are more and more used in various types of applications. They are integrated as the input layer in deep learning models or they are used to draw qualitative conclusions in corpus linguistics. However, despite their popularity, there still exists no satisfying evaluation method for word embeddings that provides a global yet precise vision of the differences between models. In this PhD thesis, we propose a methodology to qualitatively evaluate word embeddings and provide a comprehensive study of models trained using word2vec. In the first part of this thesis, we give an overview of distributional semantics evolution and review the different methods that are currently used to evaluate word embeddings. We then identify the limits of the existing methods and propose to evaluate word embeddings using a different approach based on the variation of nearest neighbors. We experiment with the proposed method by evaluating models trained with different parameters or on different corpora. Because of the non-deterministic nature of neural-based methods, we acknowledge the limits of this approach and consider the problem of nearest neighbors instability in word embeddings models. Rather than avoiding this problem we embrace it and use it as a mean to better understand word embeddings. We show that the instability problem does not impact all words in the same way and that several linguistic features are correlated. This is a step towards a better understanding of vector-based semantic models.La sémantique distributionnelle a récemment connu de grandes avancées avec l’arrivée des plongements de mots (word embeddings) basés sur des méthodes neuronales qui ont rendu les modèles sémantiques plus accessibles en fournissant des méthodes d’entraînement rapides, efficaces et faciles à utiliser. Ces représentations denses d’unités lexicales basées sur l’analyse non supervisée de gros corpus sont de plus en plus utilisées dans diverses applications. Elles sont intégrées en tant que première couche dans les modèles d’apprentissage profond et sont également utilisées pour faire de l’observation qualitative en linguistique de corpus. Cependant, malgré leur popularité, il n’existe toujours pas de méthode d’évaluation des plongements de mots qui donne à la fois une vision globale et précise des différences existant entre plusieurs modèles.Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie pour évaluer les plongements de mots. Nous fournissons également une étude détaillée des modèles entraînés avec la méthode word2vec.Dans la première partie de cette thèse, nous donnons un aperçu de l’évolution de la sémantique distributionnelle et passons en revue les différentes méthodes utilisées pour évaluer les plongements de mots. Par la suite, nous identifions les limites de ces méthodes et proposons de comparer les plongements de mots en utilisant une approche basée sur les voisins sémantiques. Nous expérimentons avec cette approche sur des modèles entrainés avec différents paramètres ou sur différents corpus. Étant donné la nature non déterministe des méthodes neuronales, nous reconnaissons les limites de cette approche et nous concentrons par la suite sur le problème de l’instabilité des voisins sémantiques dans les modèles de plongement de mots. Plutôt que d’éviter ce problème, nous choisissons de l’utiliser comme indice pour mieux comprendre les plongements de mots. Nous montrons que le problème d’instabilité n’affecte pas tous les mots de la même manière et que plus plusieurs traits linguistiques permettent d’expliquer une partie de ce phénomène. Ceci constitue un pas vers une meilleure compréhension du fonctionnement des modèles sémantiques vectoriels

Evaluation qualitative des plongements de mots : étude de l'instabilité dans les modèles neuronaux

Distributional semantics has been revolutionized by neural-based word embeddings methods such as word2vec that made semantics models more accessible by providing fast, efficient and easy to use training methods. These dense representations of lexical units based on the unsupervised analysis of large corpora are more and more used in various types of applications. They are integrated as the input layer in deep learning models or they are used to draw qualitative conclusions in corpus linguistics. However, despite their popularity, there still exists no satisfying evaluation method for word embeddings that provides a global yet precise vision of the differences between models. In this PhD thesis, we propose a methodology to qualitatively evaluate word embeddings and provide a comprehensive study of models trained using word2vec. In the first part of this thesis, we give an overview of distributional semantics evolution and review the different methods that are currently used to evaluate word embeddings. We then identify the limits of the existing methods and propose to evaluate word embeddings using a different approach based on the variation of nearest neighbors. We experiment with the proposed method by evaluating models trained with different parameters or on different corpora. Because of the non-deterministic nature of neural-based methods, we acknowledge the limits of this approach and consider the problem of nearest neighbors instability in word embeddings models. Rather than avoiding this problem we embrace it and use it as a mean to better understand word embeddings. We show that the instability problem does not impact all words in the same way and that several linguistic features are correlated. This is a step towards a better understanding of vector-based semantic models.La sémantique distributionnelle a récemment connu de grandes avancées avec l’arrivée des plongements de mots (word embeddings) basés sur des méthodes neuronales qui ont rendu les modèles sémantiques plus accessibles en fournissant des méthodes d’entraînement rapides, efficaces et faciles à utiliser. Ces représentations denses d’unités lexicales basées sur l’analyse non supervisée de gros corpus sont de plus en plus utilisées dans diverses applications. Elles sont intégrées en tant que première couche dans les modèles d’apprentissage profond et sont également utilisées pour faire de l’observation qualitative en linguistique de corpus. Cependant, malgré leur popularité, il n’existe toujours pas de méthode d’évaluation des plongements de mots qui donne à la fois une vision globale et précise des différences existant entre plusieurs modèles.Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie pour évaluer les plongements de mots. Nous fournissons également une étude détaillée des modèles entraînés avec la méthode word2vec.Dans la première partie de cette thèse, nous donnons un aperçu de l’évolution de la sémantique distributionnelle et passons en revue les différentes méthodes utilisées pour évaluer les plongements de mots. Par la suite, nous identifions les limites de ces méthodes et proposons de comparer les plongements de mots en utilisant une approche basée sur les voisins sémantiques. Nous expérimentons avec cette approche sur des modèles entrainés avec différents paramètres ou sur différents corpus. Étant donné la nature non déterministe des méthodes neuronales, nous reconnaissons les limites de cette approche et nous concentrons par la suite sur le problème de l’instabilité des voisins sémantiques dans les modèles de plongement de mots. Plutôt que d’éviter ce problème, nous choisissons de l’utiliser comme indice pour mieux comprendre les plongements de mots. Nous montrons que le problème d’instabilité n’affecte pas tous les mots de la même manière et que plus plusieurs traits linguistiques permettent d’expliquer une partie de ce phénomène. Ceci constitue un pas vers une meilleure compréhension du fonctionnement des modèles sémantiques vectoriels

Structure fine des éclairs lumineux produits par la décharge d'un condensateur à travers un tube à gaz

On a étudié par la méthode du miroir tournant les éclairs lumineux produits par la décharge d'un condensateur à travers un tube à gaz (argon-mercure, à froid ou à chaud; néon) avec ou sans éclateur en série. L'analyse des éclairs a pu être poussée jusqu'à 10-7 seconde. 1° Tubes argon (p = 4 mm), vapeur de mercure. La structure des éclairs avec éclateur en série, est analogue à froid oa à chaud : ces éclairs se composent d'un éclair primaire, présentant une ou plusieurs raies de structure fine, suivi d'éclairs secondaires et d'une traînée. Ces éclairs secondaires ne semblent pas devoir s'interpréter comme résultant d'oscillations, mais plutôt comme des fluctuations d'intensité. La suppression de l'éclateur en série modifie complètement la structure des éclairs, qui, relativement simple, à froid, devient à chaud, extrêmement complexe. 2° Tubes Néon. En l'absence d'éclateur et avec des capacités variant de 17 à 48 mf, chaque décharge donne lieu à un seul éclair, sans structure fine, dont la durée est une fonction linéaire croissante de la capacité. En présence d'un éclateur, la décharge qui donne lieu à un seul éclair sans structure fine pour les grandes capacités, devient oscillante pour des capacités plus faibles ; la période d'oscillation varie dans le même sens que la self et la capacité. En aucun cas, dans le néon, on n'a mis en évidence les éclairs très brefs de structure fine observés dans le cas de l'argon-mercure

Étude de la reproductibilité des word embeddings : repérage des zones stables et instables dans le lexique

International audienceDistributional semantic models trained using neural networks techniques yield different models even when using the same parameters. We describe a series of experiments where we examine the instability of word embeddings both from a global and local perspective for several models trained with the same parameters. We measured the global variation for models trained on three different corpora. This variation is estimated to about 17% for the 25 nearest neighbours of a target word. We also identified and described local zones of stability and instability in the semantic space.Les modèles vectoriels de sémantique distributionnelle (ou word embeddings), notamment ceux produits par les méthodes neuronales, posent des questions de reproductibilité et donnent des repré-sentations différentes à chaque utilisation, même sans modifier leurs paramètres. Nous présentons ici un ensemble d'expérimentations permettant de mesurer cette instabilité, à la fois globalement et localement. Globalement, nous avons mesuré le taux de variation du voisinage des mots sur trois corpus différents, qui est estimé autour de 17% pour les 25 plus proches voisins d'un mot. Localement, nous avons identifié et caractérisé certaines zones de l'espace sémantique qui montrent une relative stabilité, ainsi que des cas de grande instabilit

Comparative Analysis of Three Different Methods Used to Determine the Elastic Modulus for a Choice of Tropical Guianese Wood Species

This study compares variability in the longitudinal Modulus of Elasticity (MOE) values, measured by three different methods, for eight tropical wood species covering a wide range of densities, a property that has been little described in the literature for some of the species studied. The modulus of elasticity in wood species is one of the main mechanical properties measured to characterize wood materials. However, this property is seldom described for the tropical wood species studied here, and the method used is often variable. The aim is to answer the following questions. In the methods used, what are the main variability factors which influence modulus measurement? Is the modulus different with regard to the solicitation direction (radial or tangential)? Which relationship exists between modulus and density for these species? The samples were subjected to the four-point bending test, then to the free vibration test and to the forced-vibration test (which allows tests on small samples).The samples were subjected to stress in radial and tangential directions. The modulus values obtained by the different methods were well correlated for most of the species. The relationship between modulus and density was very good at inter-specific level because sampling covered a wide range of densities. But this relationship was not so good for each of the species sampled. This kind of test was not appropriate for detecting differences in behavior between the two directions of solicitation for these species. The main features of the three methods were summarized, highlighting the advantages of each for the species studied

Test de déploiement des suivis du compartiment de la macrofaune benthique sur les fonds meubles du plateau via les campagnes halieutiques de l’Ifremer, au titre de la DCSMM

The purpose of the work presented here is the development of routine observations to collect data for the calculation of benthic habitat status indicators. This project is part of the monitoring of offshore circalittoral sedimentary benthic habitats under the MSFD* (sub-program 6). The method for assessing the ecological status of these habitats and the associated monitoring strategy are not yet defined and remain at the research and development stage. The targeted compartment is the benthic macrofauna of circalittoral soft sediment habitats. The study site is located in the Northeast Atlantic in the Bay of Biscay and the southern Celtic Sea. The main objectives of this study are (i) to test in situ the technical feasibility of sampling the offshore benthic compartment with the dredge Rallier du Baty in the context of the EVHOE fisheries survey; (ii) to describe and characterize the benthic macrofauna communities of the Bay of Biscay and Celtic Sea areas ; (iii) to propose perspectives in terms of indicators of the state of health of benthic habitats with regard to the pressure of trawling fisheries.L’objet des travaux présentés dans ce rapport est le développement d’observations de routine pour collecter de la donnée servant aux calculs des indicateurs d’états des habitats benthiques. Ce projet s'inscrit dans le cadre de la surveillance des habitats benthiques sédimentaires circalittoraux du large au titre de la DCSMM* (sous-programme 6). La méthode d'évaluation de l'état écologique de ces habitats et la stratégie de surveillance associée, ne sont pas encore définis à ce jour et restent au stade de la recherche & du développement. Le compartiment ciblé est la macrofaune benthique des fonds meubles circalittoraux. Le site d’étude est situé en Atlantique Nord-est dans le golfe de Gascogne et le sud de la mer Celtique. Les principaux objectifs de cette étude sont (i) de tester in situ la faisabilité technique d’un échantillonnage du compartiment benthique au large à la drague Rallier du Baty dans le contexte de la campagne halieutique EVHOE ; (ii) de décrire et de caractériser les communautés de la macrofaune benthique des secteurs Golfe de Gascogne et mer Celtique ; (iii) de proposer des perspectives en matière d’indicateur d’état de santé des habitats benthiques au regard de la pression par la pêche aux arts trainants

Predicting Word Embeddings Variability

International audienceNeural word embeddings models (such as those built with word2vec) are known to have stability problems: when retraining a model with the exact same hyperparameters, words neighborhoods may change. We propose a method to estimate such variation, based on the overlap of neighbors of a given word in two models trained with identical hyperparam-eters. We show that this inherent variation is not negligible, and that it does not affect every word in the same way. We examine the influence of several features that are intrinsic to a word, corpus or embedding model and provide a methodology that can predict the variability (and as such, reliability) of a word representation in a semantic vector space

Investigating the stability of concrete nouns in word embeddings

International audienceWe know that word embeddings trained using neural-based methods (such as word2vec SGNS) are sensitive to stability problems and that across two models trained using the exact same set of parameters, the nearest neighbors of a word are likely to change. All words are not equally impacted by this internal instability and recent studies have investigated features influencing the stability of word embeddings. This stability can be seen as a clue for the reliability of the semantic representation of a word. In this work, we investigate the influence of the degree of concreteness of nouns on the stability of their semantic representation. We show that for English generic corpora, abstract words are more affected by stability problems than concrete words. We also found that to a certain extent, the difference between the degree of concreteness of a noun and its nearest neighbors can partly explain the stability or instability of its neighbors