Для определения рода слова “мадемуазель” его необходимо поставить в именительный падеж единственного числа, получается форма: “мадемуазель” . Тогда в зависимости от окончания в слове “мадемуазель” можно определить род.
Слово “мадемуазель” употребляется в женском роде (Потому как в начальной форме слова “мадемуазель” окончание [а], [я] или [ ] нулевое).Полный морфологический разбор Cуществительного “мадемуазель” находится по ссылке