Multitask learning of environmental spatial data

The present research deals with an application of artificial neural networks for multitask learning from spatial environmental data. The real case study (sediments contamination of Geneva Lake) consists of 8 pollutants. There are different relationships between these variables, from linear correlations to strong nonlinear dependencies. The main idea is to construct a subsets of pollutants which can be efficiently modeled together within the multitask framework. The proposed two-step approach is based on: 1) the criterion of nonlinear predictability of each variable ?k? by analyzing all possible models composed from the rest of the variables by using a General Regression Neural Network (GRNN) as a model; 2) a multitask learning of the best model using multilayer perceptron and spatial predictions. The results of the study are analyzed using both machine learning and geostatistical tools.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Growth decrease in Alpine whitefish: investigating the relative contribution of fishing induced selection and environmental change and its implication for conservation measures

La pression exercée par les activités humaines menace pratiquement tous les écosystèmes aquatiques du globe. Ainsi, sous l'effet de divers facteurs tels que la pollution, le réchauffement climatique ou encore la pêche industrielle, de nombreuses populations de poissons ont vu leurs effectifs chuter et divers changements morphologiques ont été observés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à une menace particulière: la sélection induite par la pêche sur la croissance des poissons. En effet, la génétique des populations prédit que la soustraction régulière des individus les plus gros peut entraîner des modifications rapides de certains traits physiques comme la croissance individuelle. Cela a par ailleurs été observé dans de nombreuses populations marines ou lacustres, dont les populations de féras, bondelles et autres corégones des lacs suisses. Toutefois, malgré un nombre croissant d'études décrivant ce phénomène, peu de plans de gestion en tiennent compte, car l'importance des effets génétiques liés à la pêche est le plus souvent négligée par rapport à l'impact des changements environnementaux. Le but premier de cette étude a donc été de quantifier l'importance des facteurs génétiques et environnementaux. Dans le premier chapitre, nous avons étudié la population de palée du lac de Joux (Coregonus palaea). Nous avons déterminé les différentiels de sélection dus à la pêche, c'est-à-dire l'intensité de la sélection sur le taux de croissance, ainsi que les changements nets de croissance au cours du temps. Nous avons observé une baisse marquée de croissance et un différentiel de sélection important indiquant qu'au moins 30% de la diminution de croissance observée était due à la pression de sélection induite par la pêche. Dans le deuxième chapitre, nous avons effectué les mêmes analyses sur deux espèces proches du lac de Brienz (C. albellus et C. fatioi) et avons observé des effets similaires dont l'intensité était spécifique à chaque espèce. Dans le troisième chapitre, nous avons analysé deux autres espèces : C. palaea et C. confusus du lac de Bienne, et avons constaté que le lien entre la pression de sélection et la diminution de croissance était influencé par des facteurs environnementaux. Finalement, dans le dernier chapitre, nous avons étudié les effets potentiels de différentes modifications de la taille des mailles des filets utilisés pour la pêche à l'aide de modèles mathématiques. Nous concluons que la pêche a un effet génétique non négligeable (et donc peu réversible) sur la croissance individuelle dans les populations observée, que cet effet est lié à la compétition pour la nourriture et à la qualité de l'environnement, et que certaines modifications simples de la taille des mailles des filets de pêche pourraient nettement diminuer l'effet de sélection et ainsi ralentir, voir même renverser la diminution de croissance observée.

Detection and Characterization of Preferential Flow Paths in the Downstream Area of a Hazardous Landfill

We have used surface-based electrical resistivity tomography to detect and characterize preferential hydraulic pathways in the immediate downstream area of an abandoned, hazardous landfill. The landfill occupies the void left by a former gravel pit and its base is close to the groundwater table and lacking an engineered barrier. As such, this site is remarkably typical of many small- to medium-sized waste deposits throughout the densely populated and heavily industrialized foreland on both sides of the Alpine arc. Outflows of pollutants lastingly contaminated local drinking water supplies and necessitated a partial remediation in the form of a synthetic cover barrier, which is meant to prevent meteoric water from percolating through the waste before reaching the groundwater table. Any future additional isolation of the landfill in the form of lateral barriers thus requires adequate knowledge of potential preferential hydraulic pathways for outflowing contaminants. Our results, inferred from a suite of tomographically inverted surfaced-based electrical resistivity profiles oriented roughly perpendicular to the local hydraulic gradient, indicate that potential contaminant outflows would predominantly occur along an unexploited lateral extension of the original gravel deposit. This finds its expression as a distinct and laterally continuous high-resistivity anomaly in the resistivity tomograms. This interpretation is ground-truthed through a litholog from a nearby well. Since the probed glacio-fluvial deposits are largely devoid of mineralogical clay, the geometry of hydraulic and electrical pathways across the pore space of a given lithological unit can be assumed to be identical, which allows for an order-of-magnitude estimation of the overall permeability structure. These estimates indicate that the permeability of the imaged extension of the gravel body is at least two to three orders-of-magnitude higher than that of its finer-grained embedding matrix. This corroborates the preeminent role of the high-resistivity anomaly as a potential preferential flow path.

Simultaneous determination of Pu and Am radioisotopes in environmental samples: a tool for determining origin and release date

A radiochemical procedure was developed for the sequential determination of Pu and Am radioisotopes in environmental samples. The radioisotope activities were then used to assess the origin and release date of the environmental plutonium. The radioanalytical procedure is based on the separation of Pu and Am on selective extraction chromatographic resins (Eichrom TEVA and DGA). Alpha sources were prepared by electrodeposition on stainless steel discs, and the alpha emitting radionuclides (238Pu, 239,240Pu and 241Am) were measured by alpha spectrometry. For the determination of the beta emitting 241Pu, the Pu alpha source was leached in hot concentrated nitric acid and the Pu fraction further purified by extraction chromatography on a small column of TEVA resin (100 μg of resin in a pipette tip). 241Pu is then measured by ultra low level liquid scintillation counting. Due to the lack of reference material for 241Pu, the proposed radiochemical method was nevertheless validated using four IAEA reference sediments with information values of 241Pu. The proposed method was then used to determine the 238Pu, 239,240Pu, 241Pu and 241Am activity concentrations in alpine soils of France and Switzerland. The soil is the primary receptor of the atmospheric radioactive fallout and, because of the strong binding interaction with soils particles, the isotopes are little fractionated. Therefore, the activity ratios 241Pu/239+240Pu and 238Pu/239,240Pu in soil samples were used to determine the origin (source) and date of the Pu contamination in the investigated alpine sites. The 241Pu/239,240Pu and 238Pu/239,240Pu activity ratios confirmed that the main origin of Pu in the alpine soils was the global fallout from the nuclear bomb tests (NBT) in the fifties and sixties. Furthermore, the 241Pu/241Am activity ratios were used to determine the age of the Pu contamination, which is also an important data for distinguishing the Pu sources. The estimation of the date of the contamination, by the 241Pu/241Am age-dating method, further confirmed the NBT as the Pu source. However, the 241Pu/241Am dating method was limited to samples where Pu-Am fractionation was insignificant. If any, the contribution of the Chernobyl accident in the studied sites is negligible.

A probabilistic approach to niche-based community models for spatial forecasts of assemblage properties and their uncertainties

Aim Conservation strategies are in need of predictions that capture spatial community composition and structure. Currently, the methods used to generate these predictions generally focus on deterministic processes and omit important stochastic processes and other unexplained variation in model outputs. Here we test a novel approach of community models that accounts for this variation and determine how well it reproduces observed properties of alpine butterfly communities. Location The western Swiss Alps. Methods We propose a new approach to process probabilistic predictions derived from stacked species distribution models (S-SDMs) in order to predict and assess the uncertainty in the predictions of community properties. We test the utility of our novel approach against a traditional threshold-based approach. We used mountain butterfly communities spanning a large elevation gradient as a case study and evaluated the ability of our approach to model species richness and phylogenetic diversity of communities. Results S-SDMs reproduced the observed decrease in phylogenetic diversity and species richness with elevation, syndromes of environmental filtering. The prediction accuracy of community properties vary along environmental gradient: variability in predictions of species richness was higher at low elevation, while it was lower for phylogenetic diversity. Our approach allowed mapping the variability in species richness and phylogenetic diversity projections. Main conclusion Using our probabilistic approach to process species distribution models outputs to reconstruct communities furnishes an improved picture of the range of possible assemblage realisations under similar environmental conditions given stochastic processes and help inform manager of the uncertainty in the modelling results

What drives invasibility? A multi-model inference test and spatial modelling of alien plant species richness patterns in northern Portugal

Understanding and anticipating biological invasions can focus either on traits that favour species invasiveness or on features of the receiving communities, habitats or landscapes that promote their invasibility. Here, we address invasibility at the regional scale, testing whether some habitats and landscapes are more invasible than others by fitting models that relate alien plant species richness to various environmental predictors. We use a multi-model information-theoretic approach to assess invasibility by modelling spatial and ecological patterns of alien invasion in landscape mosaics and testing competing hypotheses of environmental factors that may control invasibility. Because invasibility may be mediated by particular characteristics of invasiveness, we classified alien species according to their C-S-R plant strategies. We illustrate this approach with a set of 86 alien species in Northern Portugal. We first focus on predictors influencing species richness and expressing invasibility and then evaluate whether distinct plant strategies respond to the same or different groups of environmental predictors. We confirmed climate as a primary determinant of alien invasions and as a primary environmental gradient determining landscape invasibility. The effects of secondary gradients were detected only when the area was sub-sampled according to predictions based on the primary gradient. Then, multiple predictor types influenced patterns of alien species richness, with some types (landscape composition, topography and fire regime) prevailing over others. Alien species richness responded most strongly to extreme land management regimes, suggesting that intermediate disturbance induces biotic resistance by favouring native species richness. Land-use intensification facilitated alien invasion, whereas conservation areas hosted few invaders, highlighting the importance of ecosystem stability in preventing invasions. Plants with different strategies exhibited different responses to environmental gradients, particularly when the variations of the primary gradient were narrowed by sub-sampling. Such differential responses of plant strategies suggest using distinct control and eradication approaches for different areas and alien plant groups.

Multiple Kernel Learning of Environmental Data. Case study: Analysis and Mapping of Wind Fields

The paper presents the Multiple Kernel Learning (MKL) approach as a modelling and data exploratory tool and applies it to the problem of wind speed mapping. Support Vector Regression (SVR) is used to predict spatial variations of the mean wind speed from terrain features (slopes, terrain curvature, directional derivatives) generated at different spatial scales. Multiple Kernel Learning is applied to learn kernels for individual features and thematic feature subsets, both in the context of feature selection and optimal parameters determination. An empirical study on real-life data confirms the usefulness of MKL as a tool that enhances the interpretability of data-driven models.

France's Charter for the Environment : of Presidents, Principles and Environmental Protection

France amended its constitution in 2005 to include a Charter for the Environment. The Charter lays out France's commitment to supporting the right to a 'balanced environment'. This article first traces the Charter's origins to a legacy-building presidential initiative. Jacques Chirac decided to invest in a neglected policy domain in which his own majority had shown little interest. He was obliged to intervene repeatedly in order to bring this project to a successful conclusion. In doing so, he staked out environmental affairs as an area of potential presidential supremacy. Next, the content of the Charter is examined. In this document, French traditions of universalism come together with an international movement for anticipatory environmental protection. This is reflected in the constitutionalisation of the precautionary principle, which emerged as the most controversial part of the Charter. The debates this provoked tended to caricature a risk-management principle whose meaning has been carefully refined to forestall objections. Finally, the Charter's potential efficacy is analysed. The post-Charter record of legislative and judicial activity concerning the environment is meagre, but not wholly inauspicious.

Free-breathing 3D steady-state free precession coronary MR angiography with radial k-space sampling: comparison with cartesian k-space sampling and cartesian gradient-echo coronary MR angiography--pilot study.

The authors compared radial steady-state free precession (SSFP) coronary magnetic resonance (MR) angiography, cartesian k-space sampling SSFP coronary MR angiography, and gradient-echo coronary MR angiography in 16 healthy adults and four pilot study patients. Standard gradient-echo MR imaging with a T2 preparatory pulse and cartesian k-space sampling was the reference technique. Image quality was compared by using subjective motion artifact level and objective contrast-to-noise ratio and vessel sharpness. Radial SSFP, compared with cartesian SSFP and gradient-echo MR angiography, resulted in reduced motion artifacts and superior vessel sharpness. Cartesian SSFP resulted in increased motion artifacts (P <.05). Contrast-to-noise ratio with radial SSFP was lower than that with cartesian SSFP and similar to that with the reference technique. Radial SSFP coronary MR angiography appears preferable because of improved definition of vessel borders.

Environmental pollution promotes selection of microbial degradation pathways

Astonishing as it may seem, one organism's waste is often ideal food for another. Many waste products generated by human activities are routinely degraded by microorganisms under controlled conditions during waste-water treatment. Toxic pollutants resulting from inadvertent releases, such as oil spills, are also consumed by bacteria, the simplest organisms on Earth. Biodegradation of toxic or particularly persistent compounds, however, remains problematic. What has escaped the attention of many is that bacteria exposed to pollutants can adapt to them by mutating or acquiring degradative genes. These bacteria can proliferate in the environment as a result of the selection pressures created by pollutants. The positive outcome of selection pressure is that harmful compounds may eventually be broken down completely through biodegradation. The downside is that biodegradation may require extremely long periods of time. Although the adaptation process has been shown to be reproducible, it remains very difficult to predict.