Efetividade da reeducação postural global no tratamento de um caso de lombociatalgia de origem discal

A Reeducação Postural Global (RPG) é um método que promove o alongamento da musculatura estática (tónica), incluindo a intervertebral, que está constantemente em contração, originando grandes forças compressivas sobre o disco intervertebral. Apesar de ser uma modalidade de tratamento muito utilizada, existem poucos estudos que suportem a sua base teórica e a sua efetividade clínica. Objetivo: Avaliar a efetividade do método de RPG no tratamento de um caso de lombociatalgia de origem discal. Métodos: Estudo de caso clínico de um professor de 56 anos de idade, com sintomas de hérnia discal lombar no nível de L4-L5, associada a uma anterolistesis de L5, confirmada por Ressonância Magnética. A avaliação e tratamento centrou-se no método de RPG realizado ao longo de duas sessões. Na primeira sessão foi utilizada uma postura de abertura de coxofemoral em decúbito durante 30 minutos, enquanto que na segunda foi utilizada inicialmente essa postura durante 20 minutos, seguida de uma postura em fechamento de coxofemoral em carga durante 15 minutos. Foram analisados os dados relativos à avaliação postural (inspecção visual), à dor (Escala Visual Analógica), à força muscular dos peroniais e extensores dos dedos (Teste Muscular Manual), à presença de formigueiro e ao reflexo aquiliano antes e depois de cada uma das sessões. Resultados: No final das duas sessões, verificaram-se alterações na avaliação postural, principalmente com a diminuição da hiperlordose lombar e da retroversão dos ilíacos, normalização do reflexo aquiliano e da força muscular, diminuição da sensação de formigueiro e desaparecimento total da dor. Conclusão: Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a Reeducação Postural Global foi efectiva no tratamento de um caso de lombociatalgia com origem numa hérnia discal lombar.

Avaliação da degradação de vias férreas: caracterização do balastro com recurso ao radar de prospeção

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Ramo de Estruturas e Geotecnia

Airport pavements evaluation

The airport pavement deteriorates during service due to traffic and climate effects therefore systematic monitoring is required in order to assess their structural and functional condition. The aim of this work is to present the methodologies used nowadays for airport pavement evaluation and to contribute to their improvement in structural analysis area The main aspects that are addressed are the application of the Ground Penetrating Radar (GPR) and the use of the Falling Weight Deflectometer (FWD) tests, for structural evaluation, and the use of the GRIP tester and the measurement of texture depth of the wearing course layer, for the functional evaluation of the runway. Also, freeware computer softwares used to design new runways (FAARFIELD and COMFAA) are presented and examples are given. Case studies are described both for structural and functional evaluation.

Inspecção de infraestruturas ferroviárias. Avaliação não destrutiva com o radar de prospecção.

As infraestruturas ferroviárias são cada vez mais, essenciais para o serviço de mobilidade de pessoas e bens em curtas e em longas distâncias. A notável evolução da indústria e da tecnologia impulsionou o desenvolvimento socioeconómico dos países e por sua vez, a densidade das redes de transporte. Com base nesta expansão as entidades gestoras dos caminhos-de-ferro têm como função oferecer cada vez melhores serviços de transporte e, por conseguinte, garantir um elevado nível de segurança e conforto aos passageiros conjugando-os, claro, com os recursos que dispõem. Hoje em dia, as noções de manutenção e conservação das vias férreas estão directamente ligadas com a segurança dos utilizadores. Daqui resulta que as inspeções das vias são cada vez mais importantes para o bom funcionamento das mesmas. Assim, o objectivo desta dissertação consiste em propor uma metodologia para uma melhor avaliação das infraestruturas ferroviárias em tempo real. Ou seja, o intuito será de diminuir o tempo de inspecção das vias férreas, com base na antecipada caracterização dos parâmetros eletromagnéticos dos materiais ferroviários, em especial, do balastro contaminado com solo. Pretendeu-se desenvolver ensaios em laboratório que simulem as várias hipóteses de contaminação do balastro que podem existir numa via tradicional, variando o nível de contaminação do balastro e o teor em água do solo. Posteriormente, através da medição em contínuo da camada de balastro, com o apoio do radar de prospecção, GPR, irão ser estudadas as constantes dieléctricas dos diferentes casos de estudo. A metodologia em estudo procura estabelecer uma relação entre os dados obtidos em laboratório, através do radar de prospecção, e a medição dos parâmetros geométricos de via numa via em serviço, analisando, principalmente, as zonas de deterioração. A utilização do GPR mostrou ser uma ferramenta eficiente para avaliação da condição da via, permitindo observar a evolução ao longo do tempo da contaminação do balastro.

Composição corporal e alimentar do Matrinxã, Brycon cephalus (Günther, 1869), na Amazônia central

Foram estudados a dieta, a composição corporal e o valor de energia bruta do conteúdo estomacal, filé e fígado, bem como alguns frutos e sementes que fazem parte da dieta do matrinxã, relacionando-se estes parâmetros com as flutuações do nível da água durante um ciclo anual. Observou-se que a espécie se alimenta de sementes, frutos, flores, restos de vegetais e insetos, apresentando hábito alimentar onívoro. Estômagos vazios foram frequentes (68,5%) nos diferentes períodos hidrológicos. As análises proximais e valor da energia bruta do filé e fígado dos peixes analisados não apresentaram diferenças significativas entre os sexos (P>0,05). No entanto, observou-se diferenças entre os períodos de águas baixas e altas. As médias das composições centesimais e os valores de energia bruta do conteúdo estomacal, expressos com base na matéria seca revelaram, na enchente, um baixo teor de proteína (8,9%) e cinza (1,3%), alto valor de lipídios (70,2%) e energia (775 Kcal EB/100g). Na seca, o teor de proteína (24,9%) e cinza (6,3%) foram maiores, porém os teores de lipídios (13,2%) e de energia (416,9 Kcal EB 100g) foram mais baixos que na cheia. Foi verificado abundante depósito de gordura cavitária o ano todo, diminuindo em janeiro, mês em que o matrinxã realiza a desova.

Георадиолокационный экспресс-анализ состояния автодорожного туннеля Чакви-Батуми

გეორადიოლოკაციური მეთოდით კვლევის ობიექტს წარმოადგენს ჩაქვი-ბათუმის ავტოსაგზაო გვირაბის თაღის ზედა ნაწილი. სამუშაოს მიზანს წარმოადგენდა გვირაბის ბეტონის საფარის ხარისხის დადგენა. კერძოდ ჰაერის სიღრუვეების აღმოჩენა ბეტონის ფენაში. ჰაერის შემცველი სიღრუვეების არსებობის დამადასტურებელი ნიშნები ამ ერთ პროფილზე, 2 გჰც. ანტენით არ შეინიშნება, რაც მეტყველებს საკვლევ მონაკვეთებზე შესრულებული ბეტონის სამუშაოების კარგ ხარისხზე.

imaging capabilities of ground penetrating radar for the detection of buries anti-personnel landmines

Subsurface Radar, Ground Penetrating Radar (GPR), Synthetic Aperture Radar (SAR), Anti-Personnel Landmine, Antenna Desing, Field Simulation, Focusing, Dielectric Lens, Geophysics, Soil Properties

Dous phyllopodos, observados no Rio Grande do Norte

Le 19 juillet 1928 l'auteur trouva près de Natal, capitale de l'État de Rio Grande do Norte, a 5º 47' au sud de l'équateur, un nouveau Dendrocephalus qui portera le nom ornatus, dû a ses appendices caudales teints d'écarlate brillant. La femelle (Pl.1) atteint 12 mm. de longueur e contient des oeufs noirs dans sa cavité d'incubation. Le mâle, beaucoup plus robuste, atteint 16 mm. et montre, outre les caracteres sexuels, une modification extrémement compliquée des deuxièmes antennes (qui dans la planche II sont vues devant les premières). L'espèce est plus petite que les deux autres décrites de l'Amérique du Sud et se distingue facilement par les antennes du mâle. Elle fut trouvée au bord de la route dans une flaque large et profonde d'eau de pluie argileuse. Les exemplares rapportés moururent en quelques jours et la mare, lors d'une seconde visite, fut trouvé sèche. L'autre espèce, observée en 9. 7. 28 dans un étang naturel tout-près de la capitale, avait déjà été observée á Matto Grosso et en Paraguay et déterminée comme Cyclestheria hislopi BAIRD. THIELE pense que les individus de l'Amérique du Sud, pour cause de quelques petites différences, pour-raient nien former une autre espèce qu'il propose d'appeler sarsiana, mais la comparaison des desseins et descriptions avec mes exemplaires ne parait pas soutenir cette idée. Tout-de-mème la répartition connue de cette espèce est extrêmement curieuse et peut-être unique en zoologie. Elle a été signalée à Nagpur (Hindoustan), Ceylon, Queensland (Australie), Célèbes, Afrique orientale et Sansibar; seulement le premier lieu se trouve bien au nord de l'équateur, mais encore dans la zone tropicale, comme toutes les autres localités. L'explication de cette extension sur les deux mondes est tout ce qu'il a de plus difficile, puisque entre les localisations il n'y a pas seulement d'énormes distances sur terre (que l'on pourrait expliquer par un défaut d'observations), mais des espaces tres étendus, occupés par la mer. L'intervention de l'homme ne saurait expliquer ces faits et le transport par les oiseaux aquatiques ne pourrait être qu'un fait tout-a-fait excepcionnel pour les grands trajets océaniques. Le recours aux terres hypothétiques, qui formaient des ponts intercontinentaux dans des périodes géologiques extrêmement reculées, recontre des objections évidentes. En tous les cas on ne peut qu'admirer la constance avec laquelle le type de l'espèce s'est maintenu durant d'innombrales générations et a travers de telles distances quand les autres phyllopodes ont formé non seulement des variétés, mais même un grand nombre de genre et de familles.

Pneumothorax sur prise de cocaïne

Introduction: Les complications dues à la cocaïne inhalée se¦rencontrent de plus en plus fréquemment dans les services d'urgence¦et dans la pratique des médecins de premier recours. La survenue de¦complications pulmonaires aiguës de type pneumothorax est¦méconnue.¦Vignette clinique: Un patient de 25 ans consulte aux urgences en¦raison d'une gêne pharyngée, une odynodysphagie et une dysphonie¦en progression depuis 12 h. Il avoue une prise de cocaïne sniffée à 5¦reprises dans les 6 heures précédant l'apparition des symptômes. Des¦crépitations sous-cutanées sont mise en évidence à la palpation du¦creux sus-claviculaire droit, remontant jusqu'à la base du cou. La¦radiographie thoracique confirme un emphysème sous-cutané des¦creux sus-claviculaires (fig. 1). Le patient bénéficie d'une¦oxygénothérapie et d'une observation, avec une évolution¦spontanément favorable.¦Discussion: Après une prise de cocaïne par inhalation profonde, des¦manoeuvres de Valsalva intenses répétées contre glotte fermée sont¦pratiquées, afin d'augmenter la quantité de substance absorbée et donc¦ses effets. Ceci engendre un gradient de pression entre les alvéoles et¦l'interstitium pulmonaire, entraînant une augmentation de la pression¦intra-alvéolaire, puis une rupture des alvéoles avec libération d'air à¦travers les tissus péri-bronchiques dans le médiastin et les tissus¦sous cutanés. En cas de rupture dans la cavité pleurale, il en résulte¦un pneumothorax. Un tabagisme actif est souvent associé, laissant¦suspecter un effet favorisant du tabac sur la survenue des lésions¦pulmonaires. Un traitement conservateur associant antalgie et¦oxygénothérapie s'avère en général suffisant. En présence d'une¦augmentation de la taille du pneumothorax ou de signes de mise¦sous tension, la pose d'un drain thoracique est indiquée. L'arrêt de la¦consommation de cocaïne et du tabac doit être encouragé.¦Conclusion: Un emphysème sous-cutané ou un pneumothorax¦spontané chez un jeune patient doivent faire suspecter une éventuelle¦consommation de cocaïne. Les questions concernant la prise de¦cocaïne ou d'autres substances (alcool, amphétamines, etc.), ainsi¦que son mode d'utilisation et sa fréquence, doivent être formulées¦clairement et réitérées à plusieurs reprises. Le risque de pneumothorax¦existe également lors de consommation occasionnelle et peut entraîner¦des complications pulmonaires importantes.

Role of penicillin-binding proteins in Streptococcus gordonii

Résumé Streptococcus gordonii est une bactérie colonisatrice naturelle de la cavité buccale de l'homme. Bien que normalement commensale, elle peut causer des infections graves, telles que des bactériémies ou des endocardites infectieuses. La pénicilline étant un des traitements privilégiés dans de tels cas, l'augmentation rapide et globale des résistances à cet antibiotique devient inquiétante. L'étude de la physiologie et des bases génétiques de ces résistances chez S. gordonii s'avère donc importante. Les cibles moléculaires privilégiées de la pénicilline G et des β-lactames sont les penicilllin-binding proteins (PBPs). Ces enzymes associées à la membrane ont pour rôle de catalyser les réactions de transpeptidation et de transglycosylation, qui constituent les dernières étapes de la biosynthèse du peptidoglycan (PG). Elles sont définies comme classe A ou B selon leur capacité d'assurer soit les deux réactions, soit uniquement la transpeptidation. Les β-lactames inhibent le domaine transpeptidase de toutes les PBPs, entraînant l'inhibition de la synthèse du PG, l'inhibition de la croissance, et finalement la mort cellulaire. Chez les streptocoques, les PBPs sont aussi les premiers déterminants de la résistance à la pénicilline. De plus, elles sont impliquées dans la morphologie bactérienne, en raison de leur rôle crucial dans la formation du PG. Le but de ce travail était de caractériser les PBPs de S. gordonii et d'étudier leurs fonctions dans la vie végétative de la bactérie ainsi que durant le développement de la résistance à la pénicilline. Premièrement, des mutants auxquels il manque une ou deux PBP(s) ont été construits. Leur étude - au niveau physiologique, biochimique et morphologique - a montré le caractère essentiel ou dispensable de chaque protéine, ainsi que certaines de leurs fonctions potentielles. Deuxièmement, des mutants résistants à la pénicilline ont été générés. Leur caractérisation a montré l'importance des mutations dans les PBPs ainsi que dans d'autres gènes encore inconnus, de même que le rôle crucial des PBPs de classe A dans le développement de la résistance à la pénicilline. Des expériences supplémentaires sur des isolats résistants ont aussi prouvé que la résistance a un coût en terme de fitness, coût que S. gordonii parvient à compenser par des mécanismes d'adaptation. Finalement, les promoteurs des gènes des PBPs ont été déterminés et leur expression a été étudiée grâce au gène de luciférase. Il a ainsi été montré que la résistance à la pénicilline entraîne non seulement des altérations au niveau des protéines, mais aussi au niveau de la régulation des gènes. De plus, la pénicilline génère directement des modifications dans l'expression de PBPs spécifiques. Summary Streptococcus gordonii is a normal inhabitant of the human oral cavity and a pioneer colonizer of teeth. Although usually considered as a commensal, this organism can cause life-threatening infections such as bacteraemia or endocarditis. Since penicillin is one of the preferential treatments for such pathologies, the rapid and general increase of antibiotic resistance in the overall population becomes an issue. Thus, studying the physiologic and genetic bases of such a resistance in S. gordonii is of interest. The primary molecular targets of penicillin G and other β-lactams are the so called penicillin-binding proteins (PBPs). These are membrane-associated proteins that catalyze the last steps in peptidoglycan (PG) biosynthesis, namely transpeptidation and transglycosylation. Depending on their capacity to catalyze either reactions or only transpeptidation, they are considered as class A or class B PBPs, respectively. β-lactam antibiotics inhibit the transpeptidase domain of both of these classes of enzymes, resulting in inhibition of PG assembly, inhibition of bacterial growth, and ultimately leading to cell death. In streptococci, PBPs are also the primary determinants of penicillin-resistance. Moreover, because of their crucial role in PG formation, they are implicated in fundamental aspects of cell morphology. The goal of this work was thus to characterize S. gordonii PBPs and to explore their functions in terms of vegetative life and penicillin-resistance development. First, single and double PBP-inactivated mutants were generated and their effect on the bacterial physiology, cell wall biochemistry and ultrastructural morphology was assessed. This demonstrated the essentiality or dispensability of each protein for bacterial life. Second, penicillin-resistant mutants were generated by cyclic exposure to increasing concentrations of the drug. Characterization of these mutants pointed out the importance of both PBP and non-PBP mutations, as well as the crucial role of the class A PBPs in the development of penicillin-resistance. Further experiments on resistant isolates demonstrated the fitness cost of this resistance, but also the capacity of S. gordonii to adapt and regain the fitness of the wild-type. Finally, the promoters of PBP genes were determined and their expression was monitored using luciferase fusions. This showed that penicillin-resistance, in addition to modifications at the level of the protein, also triggered genetic alterations. Moreover, penicillin itself generated modifications in the expression of specific PBPs.

The role of Pten in the Hematopoietic System and the Hematopoietic Stem Cells

Résumé Identification, localisation et activation des cellules souches hématopoiétiques dormantes in vivo Les cellules souches somatiques sont présentes dans la majorité des tissus régénératifs comme la peau, l'épithélium intestinal et le système hématopoiétique. A partir d'une seule cellule, elles ont les capacités de produire d'autres cellules souches du même type (auto-renouvellement) et d'engendrer un ensemble défini de cellules progénitrices différenciées qui vont maintenir ou réparer leur tissu hôte. Les cellules souches adultes les mieux caractérisées sont les cellules souches hématopoiétiques (HSC), localisées dans la moelle osseuse. Un des buts de mon travail de doctorat était de caractériser plus en profondeur la localisation des HSCs endogènes in vivo. Pour ce faire, la technique "label retaining assay", se basant sur la division peu fréquentes et sur la dormance des cellules souches, a été utilisée. Après un marquage des souris avec du BrdU (analogue à l'ADN) suivi d'une longue période sans BrdU, les cellules ayant incorporés le marquage ("label retaining cells" LCRs) ont pu être identifiées dans la moelle osseuse. Ces cellules LCRs étaient enrichies 300 fois en cellules de phenotype HSC et, en utilisant de la cytofluorométrie, il a pu être montré qu'environ 15% de toutes les HSCs d'une souris restent dormantes durant plusieures semaines. Ces HSCs dormantes à long terme ne sont probablement pas impliquées dans la maintenance de 'hématopoièse. Par contre, on assiste à l'activation rapide de ces HSCs dormantes lors d'une blessure, comme une ablation myéloide. Elles re-entrent alors en cycle cellulaire et sont essentielles pour une génération rapide des cellules progénitrices et matures qui vont remplacer les cellules perdues. De plus, la détection des LCRs, combinée avec l'utilisation du marqueur de HSCs c-kit, peut être utilisée pour la localisation des HSCs dormantes présentes dans la paroi endostéale de la cavité osseuse. De manière surprenante, les LCRs c-kit+ ont surtout étés trouvées isolées en cellule unique, suggérant que le micro-environement spécifique entourant et maintenant les HSCs, appelé niche, pourrait être très réduit et abriter une seule HSC par niche. Rôles complexes du gène supresseur de tumeur Pten dans le système hématopoiétique La phosphatase PTEN disparaît dans certains cancers héréditaires ou sporadiques humains, comme les gliomes, les cancers de l'utérus ou du sein. Pten inhibe la voie de signalisation de la PI3-kinase et joue un rôle clé dans l'apoptose, la croissance, la prolifération et la migration cellulaire. Notre but était d'étudier le rôle de Pten dans les HSC normale et durant la formation de leucémies. Pour ce faire, nous avons généré un modèle murin dans lequel le gène Pten peut être supprimé dans les cellules hématopoiétiques, incluant les HSCs. Ceci a été possible en croissant l'allèle conditionnelle ptenflox soit avec le transgène MxCre inductible par l'interféron α soit avec le transgène Scl-CreERt inductible par le tamoxifen. Ceci permet la conversion de l'allèle ptenflox en l'allèle nul PtenΔ dans les HSCs et les autres types cellulaires hématopoiétiques. Les souris mutantes Pten développent une splénomégalie massive causée par une expansion dramatiques de toutes les cellules myéloides. De manière interessante, alors que le nombre de HSCs dans la moelle osseuse diminue progressivement, le nombre des HSCs dans la rate augmente de manière proportionnelle. Etrangement, les analyses de cycle cellulaire ont montrés que Pten n'avait que peu ou pas d'effet sur la dormance des HSCs ou sur leur autorenouvellement. En revanche, une augmentation massive du niveau de la cytokine de mobilisation G-CSF a été détéctée dans le serum sanguin, suggérant que la suppression de Pten stimulerait la mobilisation et la migration des HSC de la moelle osseuse vers la rate. Finallement, la transplantation de moelle osseuse délétée en Pten dans des souris immuno-déficientes montre que Pten fonctionnerait comme un suppresseur de tumeur dans le système hématopoiétique car son absence entraîne la formation rapide de leucémies lymphocytaires. Summary Identification, localization and activation of dormant hematopoietic stun cells in vivo Somatic stem cells are present in most self-renewing tissues including the skin, the intestinal epithelium and the hematopoietic system. On a single cell basis they have the capacity to produce more stem cells of the same phenotype (self-renewal) and to give rise to a defined set of mature differentiated progeny, responsible for the maintenance or repair of the host tissue. The best characterized adult stem cell is the hematopoietic stem cell (HSC) located in the bone marrow. One goal of my thesis work was to further characterize the location of endogenous HSCs in vivo. To do this, a technique called "label retaining assay» was used which takes advantage of the fact that stem cells (including HSCs) divide very infrequently and can be dormant for months. After labeling mice with the DNA analogue BrdU followed by a long BrdU free "chase", BrdU "label retaining cells" (CRCs) could be identified in the bone marrow. These CRCs were 300-fold enriched for phenotypic HSCs and by using flow cytometry analysis it could be shown that about 15% of all HSCs in the mouse are dormant for many weeks. Our results suggest that these long-term dormant HSCs are unlikely to be involved in homeostatic maintenance. However they are rapidly activated and reenter the cell cycle in response to injury signals such as myeloid ablation. In addition, detection of LRCs in combination with the HSC marker c-Kit could be used to locate engrafted dormant HSCs close to the endosteal lining of the bone marrow cavities. Most surprisingly, c-Kit+LRCs were found predominantly as single cells suggesting that the specific stem cell maintaining microenvironment, called niche, has limited space and may house only single HSCs. Complex roles of the tumor suppressor gene Pten in the hematopoietic system. The phosphatase PTEN is lost in hereditary and sporadic forms of human cancers, including gliomas, endometrial and breast cancers. Pten inhibits the PI3-kina.se pathway and plays a key role in apoptosis, cell growth, proliferation and migration. Our aim was to study the role of Pten in normal HSCs and during leukemia formation. To do this, we generated a mouse model in which the Pten gene can be deleted in hematopoietic cells including HSCs. This was achieved by crossing the conditional ptenflox allele with either the interferona inducible MxCre or the tamoxifen inducible Scl-CreERT transgene. This allowed the conversion of the ptenflox allele into a pterr' null allele in HSCs and other hematopoietic cell types. As a result Pten mutant mice developed massive splenomegaly due to a dramatic expansion of all myeloid cells. Interestingly, while the number of bone marrow HSCs progressively decreased, the number of HSCs in the spleen increased to a similar extent. Unexpectedly, extensive cell cycle analysis showed that Pten had little or no effect on HSC dormancy or HSC self-renewal. Instead, dramatically increased levels of the mobilizing cytokine G-CSF were detected in the blood serum suggesting that loss-of Pten stimulates mobilization and migration of HSC from the BM to the spleen. Finally, transplantation of Pten deficient BM cells into immuno-compromised mice showed that Pten can function as a tumor suppressor in the hematopoietic system and that its absence leads to the rapid formation of T cell leukemia.

Quantitative integration of geophysical and hydraulic data : from the local towards the regional scale range

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'intégration quantitative des données géophysique et hydrologique l'échelle locale. Cependant, l'extension à de plus grandes échelles des approches correspondantes constitue encore un défi majeur. Il est néanmoins extrêmement important de relever ce défi pour développer des modèles fiables de flux des eaux souterraines et de transport de contaminant. Pour résoudre ce problème, j'ai développé une technique d'intégration des données hydrogéophysiques basée sur une procédure bayésienne de simulation séquentielle en deux étapes. Cette procédure vise des problèmes à plus grande échelle. L'objectif est de simuler la distribution d'un paramètre hydraulique cible à partir, d'une part, de mesures d'un paramètre géophysique pertinent qui couvrent l'espace de manière exhaustive, mais avec une faible résolution (spatiale) et, d'autre part, de mesures locales de très haute résolution des mêmes paramètres géophysique et hydraulique. Pour cela, mon algorithme lie dans un premier temps les données géophysiques de faible et de haute résolution à travers une procédure de réduction déchelle. Les données géophysiques régionales réduites sont ensuite reliées au champ du paramètre hydraulique à haute résolution. J'illustre d'abord l'application de cette nouvelle approche dintégration des données à une base de données synthétiques réaliste. Celle-ci est constituée de mesures de conductivité hydraulique et électrique de haute résolution réalisées dans les mêmes forages ainsi que destimations des conductivités électriques obtenues à partir de mesures de tomographic de résistivité électrique (ERT) sur l'ensemble de l'espace. Ces dernières mesures ont une faible résolution spatiale. La viabilité globale de cette méthode est testée en effectuant les simulations de flux et de transport au travers du modèle original du champ de conductivité hydraulique ainsi que du modèle simulé. Les simulations sont alors comparées. Les résultats obtenus indiquent que la procédure dintégration des données proposée permet d'obtenir des estimations de la conductivité en adéquation avec la structure à grande échelle ainsi que des predictions fiables des caractéristiques de transports sur des distances de moyenne à grande échelle. Les résultats correspondant au scénario de terrain indiquent que l'approche d'intégration des données nouvellement mise au point est capable d'appréhender correctement les hétérogénéitées à petite échelle aussi bien que les tendances à gande échelle du champ hydraulique prévalent. Les résultats montrent également une flexibilté remarquable et une robustesse de cette nouvelle approche dintégration des données. De ce fait, elle est susceptible d'être appliquée à un large éventail de données géophysiques et hydrologiques, à toutes les gammes déchelles. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue en détail la viabilité du réechantillonnage geostatique séquentiel comme mécanisme de proposition pour les méthodes Markov Chain Monte Carlo (MCMC) appliquées à des probmes inverses géophysiques et hydrologiques de grande dimension . L'objectif est de permettre une quantification plus précise et plus réaliste des incertitudes associées aux modèles obtenus. En considérant une série dexemples de tomographic radar puits à puits, j'étudie deux classes de stratégies de rééchantillonnage spatial en considérant leur habilité à générer efficacement et précisément des réalisations de la distribution postérieure bayésienne. Les résultats obtenus montrent que, malgré sa popularité, le réechantillonnage séquentiel est plutôt inefficace à générer des échantillons postérieurs indépendants pour des études de cas synthétiques réalistes, notamment pour le cas assez communs et importants où il existe de fortes corrélations spatiales entre le modèle et les paramètres. Pour résoudre ce problème, j'ai développé un nouvelle approche de perturbation basée sur une déformation progressive. Cette approche est flexible en ce qui concerne le nombre de paramètres du modèle et lintensité de la perturbation. Par rapport au rééchantillonage séquentiel, cette nouvelle approche s'avère être très efficace pour diminuer le nombre requis d'itérations pour générer des échantillons indépendants à partir de la distribution postérieure bayésienne. - Significant progress has been made with regard to the quantitative integration of geophysical and hydrological data at the local scale. However, extending corresponding approaches beyond the local scale still represents a major challenge, yet is critically important for the development of reliable groundwater flow and contaminant transport models. To address this issue, I have developed a hydrogeophysical data integration technique based on a two-step Bayesian sequential simulation procedure that is specifically targeted towards larger-scale problems. The objective is to simulate the distribution of a target hydraulic parameter based on spatially exhaustive, but poorly resolved, measurements of a pertinent geophysical parameter and locally highly resolved, but spatially sparse, measurements of the considered geophysical and hydraulic parameters. To this end, my algorithm links the low- and high-resolution geophysical data via a downscaling procedure before relating the downscaled regional-scale geophysical data to the high-resolution hydraulic parameter field. I first illustrate the application of this novel data integration approach to a realistic synthetic database consisting of collocated high-resolution borehole measurements of the hydraulic and electrical conductivities and spatially exhaustive, low-resolution electrical conductivity estimates obtained from electrical resistivity tomography (ERT). The overall viability of this method is tested and verified by performing and comparing flow and transport simulations through the original and simulated hydraulic conductivity fields. The corresponding results indicate that the proposed data integration procedure does indeed allow for obtaining faithful estimates of the larger-scale hydraulic conductivity structure and reliable predictions of the transport characteristics over medium- to regional-scale distances. The approach is then applied to a corresponding field scenario consisting of collocated high- resolution measurements of the electrical conductivity, as measured using a cone penetrometer testing (CPT) system, and the hydraulic conductivity, as estimated from electromagnetic flowmeter and slug test measurements, in combination with spatially exhaustive low-resolution electrical conductivity estimates obtained from surface-based electrical resistivity tomography (ERT). The corresponding results indicate that the newly developed data integration approach is indeed capable of adequately capturing both the small-scale heterogeneity as well as the larger-scale trend of the prevailing hydraulic conductivity field. The results also indicate that this novel data integration approach is remarkably flexible and robust and hence can be expected to be applicable to a wide range of geophysical and hydrological data at all scale ranges. In the second part of my thesis, I evaluate in detail the viability of sequential geostatistical resampling as a proposal mechanism for Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods applied to high-dimensional geophysical and hydrological inverse problems in order to allow for a more accurate and realistic quantification of the uncertainty associated with the thus inferred models. Focusing on a series of pertinent crosshole georadar tomographic examples, I investigated two classes of geostatistical resampling strategies with regard to their ability to efficiently and accurately generate independent realizations from the Bayesian posterior distribution. The corresponding results indicate that, despite its popularity, sequential resampling is rather inefficient at drawing independent posterior samples for realistic synthetic case studies, notably for the practically common and important scenario of pronounced spatial correlation between model parameters. To address this issue, I have developed a new gradual-deformation-based perturbation approach, which is flexible with regard to the number of model parameters as well as the perturbation strength. Compared to sequential resampling, this newly proposed approach was proven to be highly effective in decreasing the number of iterations required for drawing independent samples from the Bayesian posterior distribution.

Little ice age advance and retreat sediment budgets for an outlet glacier in western Norway

Bødalsbreen is an outlet glacier of the Jostedalsbreen Ice Field in western Norway. Nine moraine ridges formed during and after the maximum extent of the Little Ice Age (LIA). The stratigraphy of proglacial sediments in the Bødalen basin inside the LIA moraines is examined, and corresponding sediment volumes are calculated based on georadar surveys and seismic profiling. The total erosion rates (etot) by the glacier are determined for the periods AD 1650?1930 and AD 1930?2005 as 0.8 ± 0.4 mm/yr and 0.7 ± 0.3 mm/yr, respectively. These rates are based on the total amount of sediment delivered to the glacier margin. The values are almost one order of magnitude higher than total erosion rates previously calculated for Norwegian glaciers. This is explained by the large amount of pre-existing sediment that was recycled by Bødalsbreen. Thus, the total erosion rate must be considered as a composite of eroded bedrock and of removed pre-existing sediments. The total erosion rate is likely to vary with time owing to a decreasing volume of easily erodible, unconsolidated sediment and till under the glacier. A slight increase in the subglacial bedrock erosion is expected owing to the gradually increasing bedrock surface area exposed to subglacial erosion.

Conditioning of stochastic 3-D fracture networks to hydrological and geophysical data

The geometry and connectivity of fractures exert a strong influence on the flow and transport properties of fracture networks. We present a novel approach to stochastically generate three-dimensional discrete networks of connected fractures that are conditioned to hydrological and geophysical data. A hierarchical rejection sampling algorithm is used to draw realizations from the posterior probability density function at different conditioning levels. The method is applied to a well-studied granitic formation using data acquired within two boreholes located 6 m apart. The prior models include 27 fractures with their geometry (position and orientation) bounded by information derived from single-hole ground-penetrating radar (GPR) data acquired during saline tracer tests and optical televiewer logs. Eleven cross-hole hydraulic connections between fractures in neighboring boreholes and the order in which the tracer arrives at different fractures are used for conditioning. Furthermore, the networks are conditioned to the observed relative hydraulic importance of the different hydraulic connections by numerically simulating the flow response. Among the conditioning data considered, constraints on the relative flow contributions were the most effective in determining the variability among the network realizations. Nevertheless, we find that the posterior model space is strongly determined by the imposed prior bounds. Strong prior bounds were derived from GPR measurements and helped to make the approach computationally feasible. We analyze a set of 230 posterior realizations that reproduce all data given their uncertainties assuming the same uniform transmissivity in all fractures. The posterior models provide valuable statistics on length scales and density of connected fractures, as well as their connectivity. In an additional analysis, effective transmissivity estimates of the posterior realizations indicate a strong influence of the DFN structure, in that it induces large variations of equivalent transmissivities between realizations. The transmissivity estimates agree well with previous estimates at the site based on pumping, flowmeter and temperature data.

Estimation of the lateral correlation structure of subsurface water content from surface-based ground-penetrating radar reflection images

Over the past decade, significant interest has been expressed in relating the spatial statistics of surface-based reflection ground-penetrating radar (GPR) data to those of the imaged subsurface volume. A primary motivation for this work is that changes in the radar wave velocity, which largely control the character of the observed data, are expected to be related to corresponding changes in subsurface water content. Although previous work has indeed indicated that the spatial statistics of GPR images are linked to those of the water content distribution of the probed region, a viable method for quantitatively analyzing the GPR data and solving the corresponding inverse problem has not yet been presented. Here we address this issue by first deriving a relationship between the 2-D autocorrelation of a water content distribution and that of the corresponding GPR reflection image. We then show how a Bayesian inversion strategy based on Markov chain Monte Carlo sampling can be used to estimate the posterior distribution of subsurface correlation model parameters that are consistent with the GPR data. Our results indicate that if the underlying assumptions are valid and we possess adequate prior knowledge regarding the water content distribution, in particular its vertical variability, this methodology allows not only for the reliable recovery of lateral correlation model parameters but also for estimates of parameter uncertainties. In the case where prior knowledge regarding the vertical variability of water content is not available, the results show that the methodology still reliably recovers the aspect ratio of the heterogeneity.