First day of an oil spill on the open sea: early mass transfers of hydrocarbons to air and water.

During the first hours after release of petroleum at sea, crude oil hydrocarbons partition rapidly into air and water. However, limited information is available about very early evaporation and dissolution processes. We report on the composition of the oil slick during the first day after a permitted, unrestrained 4.3 m(3) oil release conducted on the North Sea. Rapid mass transfers of volatile and soluble hydrocarbons were observed, with >50% of ≤C17 hydrocarbons disappearing within 25 h from this oil slick of <10 km(2) area and <10 μm thickness. For oil sheen, >50% losses of ≤C16 hydrocarbons were observed after 1 h. We developed a mass transfer model to describe the evolution of oil slick chemical composition and water column hydrocarbon concentrations. The model was parametrized based on environmental conditions and hydrocarbon partitioning properties estimated from comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC×GC) retention data. The model correctly predicted the observed fractionation of petroleum hydrocarbons in the oil slick resulting from evaporation and dissolution. This is the first report on the broad-spectrum compositional changes in oil during the first day of a spill at the sea surface. Expected outcomes under other environmental conditions are discussed, as well as comparisons to other models.

On the use of spatially discrete data to compute energy and mass balance

In many practical applications the state of field soils is monitored by recording the evolution of temperature and soil moisture at discrete depths. We theoretically investigate the systematic errors that arise when mass and energy balances are computed directly from these measurements. We show that, even with no measurement or model errors, large residuals might result when finite difference approximations are used to compute fluxes and storage term. To calculate the limits set by the use of spatially discrete measurements on the accuracy of balance closure, we derive an analytical solution to estimate the residual on the basis of the two key parameters: the penetration depth and the distance between the measurements. When the thickness of the control layer for which the balance is computed is comparable to the penetration depth of the forcing (which depends on the thermal diffusivity and on the forcing period) large residuals arise. The residual is also very sensitive to the distance between the measurements, which requires accurately controlling the position of the sensors in field experiments. We also demonstrate that, for the same experimental setup, mass residuals are sensitively larger than the energy residuals due to the nonlinearity of the moisture transport equation. Our analysis suggests that a careful assessment of the systematic mass error introduced by the use of spatially discrete data is required before using fluxes and residuals computed directly from field measurements.

Extraction and concentration of vapors from fire debris for forensic purposes: evaluation of the use of Radiello Passive Air Sampler

The Radiello Passive Air Sampler is one of the latest innovations developed for the sampling of pollutants in the air by passive headspace. It has been reported that its properties allow an enhanced sensitivity, reproducibility and adsorption capacity. It therefore appears to be of interest in the extraction of potential residues of ignitable liquids present in fire debris when arson is suspected. A theoretical approach and several laboratory tests have made it possible to precisely characterize in a forensic perspective the potential of the device in extracting and concentrating the vapors of ignitable liquids found in fire debris. Despite some advantages, the Radiello device appears to be less efficient than traditional axial symmetry samplers.

Use of hand-to-hand impedancemetry to predict body composition of African women as measured by air displacement plethysmography.

OBJECTIVES: To test the validity of a simple, rapid, field-adapted, portable hand-held impedancemeter (HHI) for the estimation of lean body mass (LBM) and percentage body fat (%BF) in African women, and to develop specific predictive equations. DESIGN: Cross-sectional observational study. SETTINGS: Dakar, the capital city of Senegal, West Africa. SUBJECTS: A total sample of 146 women volunteered. Their mean age was of 31.0 y (s.d. 9.1), weight 60.9 kg (s.d. 13.1) and BMI 22.6 kg/m(2) (s.d. 4.5). METHODS: Body composition values estimated by HHI were compared to those measured by whole body densitometry performed by air displacement plethysmography (ADP). The specific density of LBM in black subjects was taken into account for the calculation of %BF from body density. RESULTS: : Estimations from HHI showed a large bias (mean difference) of 5.6 kg LBM (P<10(-4)) and -8.8 %BF (P<10(-4)) and errors (s.d. of the bias) of 2.6 kg LBM and 3.7 %BF. In order to correct for the bias, specific predictive equations were developed. With the HHI result as a single predictor, error values were of 1.9 kg LBM and 3.7 %BF in the prediction group (n=100), and of 2.2 kg LBM and 3.6 %BF in the cross-validation group (n=46). Addition of anthropometrical predictors was not necessary. CONCLUSIONS: The HHI analyser significantly overestimated LBM and underestimated %BF in African women. After correction for the bias, the body compartments could easily be estimated in African women by using the HHI result in an appropriate prediction equation with a good precision. It remains to be seen whether a combination of arm and leg impedancemetry in order to take into account lower limbs would further improve the prediction of body composition in Africans.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Keeping the balance? Management of oxidative stress, body mass and reproduction under energetic constraints by dispersing and philopatric collared flycatchers.

Dispersal, i.e. individual movement between breeding sites, is a key process for metapopulation dynamics and gene flow. Its success can be modulated by phenotypic differences between dispersing and philopatric individuals, or dispersal syndromes. However, the environmental (external) and physiological (internal) constraints underlying such syndromes remain poorly known. This project aimed at clarifying the impact of environmental variation and oxidative constraints, linked to the reactive oxygen species produced during respiration, on phenotypes associated to dispersal in a passerine bird, the collared flycatcher Ficedula albicollis. Energetic demand was experimentally (i) increased through a wing load manipulation or (ii) relieved through food supplementation. The oxidative balance of breeding flycatchers was influenced by complex interactions of dispersal status and extrinsic factors (breeding density, year, experimental treatments). Interestingly, antioxidant capacity was influenced both by permanent individual differences and by food availability, whereas measures of pro-oxidants were highly variables within individuals. Environmental variation and energetic constraints also modulated the differences in reproduction associated with dispersal: dispersing and philopatric birds differ in their management of the oxidative balance when it is competing with reproductive investment. This thesis highlights that reaction norms, rather than fixed differences, often shape traits associated to dispersal. ----- Le déplacement d'un individu entre sites de reproduction, ou dispersion, est un processus clé pour la dynamique des métapopulations et les flux de gènes. Son succès peut être modulé par des différences de phénotype, ou syndromes de dispersion. Cependant, les contraintes environnementales et physiologiques qui sous-tendent ces syndromes restent mal connues. Ce projet vise à clarifier l'impact des variations environnementales et des contraintes oxydatives (liées aux espèces réactives de l'oxygène produites durant la respiration) sur les phénotypes associés à la dispersion chez un passereau, le gobemouche à collier Ficedula albicollis. La demande énergétique a été expérimentalement (i) augmentée en manipulant la surface alaire ou (ii) diminuée par une supplémentation en nourriture. L'équilibre oxydo-réducteur des gobemouches en reproduction est influencé par des interactions complexes entre statut de dispersion et facteurs extrinsèques (densité de couples reproducteurs, année, traitement expérimental). La capacité antioxydante dépend principalement de différences permanentes entre individus, alors que les pro-oxydants présentent de grandes variations intra-individu. Environnement et contraintes énergétiques modulent aussi les différences de reproduction liées à la dispersion : les oiseaux dispersants et philopatriques diffèrent dans leur gestion de l'équilibre oxydo-réducteur lorsqu'il est en compétition avec l'investissement reproducteur. Ce travail souligne que les traits associés à la dispersion sont souvent déterminés par des normes de réaction à l'environnement et non des différences fixées entre individus.