Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Brain energy metabolism measured by (13) C magnetic resonance spectroscopy in vivo upon infusion of [3-(13) C]lactate.

The brain uses lactate produced by glycolysis as an energy source. How lactate originated from the blood stream is used to fuel brain metabolism is not clear. The current study measures brain metabolic fluxes and estimates the amount of pyruvate that becomes labeled in glial and neuronal compartments upon infusion of [3-(13) C]lactate. For that, labeling incorporation into carbons of glutamate and glutamine was measured by (13) C magnetic resonance spectroscopy at 14.1 T and analyzed with a two-compartment model of brain metabolism to estimate rates of mitochondrial oxidation, glial pyruvate carboxylation, and the glutamate-glutamine cycle as well as pyruvate fractional enrichments. Extracerebral lactate at supraphysiological levels contributes at least two-fold more to replenish the neuronal than the glial pyruvate pools. The rates of mitochondrial oxidation in neurons and glia, pyruvate carboxylase, and glutamate-glutamine cycles were similar to those estimated by administration of (13) C-enriched glucose, the main fuel of brain energy metabolism. These results are in agreement with primary utilization of exogenous lactate in neurons rather than astrocytes. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.

Assessment of metabolic fluxes in the mouse brain in vivo using 1H-[13C] NMR spectroscopy at 14.1 Tesla.

(13)C magnetic resonance spectroscopy (MRS) combined with the administration of (13)C labeled substrates uniquely allows to measure metabolic fluxes in vivo in the brain of humans and rats. The extension to mouse models may provide exclusive prospect for the investigation of models of human diseases. In the present study, the short-echo-time (TE) full-sensitivity (1)H-[(13)C] MRS sequence combined with high magnetic field (14.1 T) and infusion of [U-(13)C6] glucose was used to enhance the experimental sensitivity in vivo in the mouse brain and the (13)C turnover curves of glutamate C4, glutamine C4, glutamate+glutamine C3, aspartate C2, lactate C3, alanine C3, γ-aminobutyric acid C2, C3 and C4 were obtained. A one-compartment model was used to fit (13)C turnover curves and resulted in values of metabolic fluxes including the tricarboxylic acid (TCA) cycle flux VTCA (1.05 ± 0.04 μmol/g per minute), the exchange flux between 2-oxoglutarate and glutamate Vx (0.48 ± 0.02 μmol/g per minute), the glutamate-glutamine exchange rate V(gln) (0.20 ± 0.02 μmol/g per minute), the pyruvate dilution factor K(dil) (0.82 ± 0.01), and the ratio for the lactate conversion rate and the alanine conversion rate V(Lac)/V(Ala) (10 ± 2). This study opens the prospect of studying transgenic mouse models of brain pathologies.

Force Spectroscopy with Dual-Trap Optical Tweezers: Molecular Stiffness Measurements and Coupled Fluctuations Analysis

ABSTRACT Dual-trap optical tweezers are often used in high-resolution measurements in single-molecule biophysics. Such measurements can be hindered by the presence of extraneous noise sources, the most prominent of which is the coupling of fluctuations along different spatial directions, which may affect any optical tweezers setup. In this article, we analyze, both from the theoretical and the experimental points of view, the most common source for these couplings in dual-trap optical-tweezers setups: the misalignment of traps and tether. We give criteria to distinguish different kinds of misalignment, to estimate their quantitative relevance and to include them in the data analysis. The experimental data is obtained in a, to our knowledge, novel dual-trap optical-tweezers setup that directly measures forces. In the case in which misalignment is negligible, we provide a method to measure the stiffness of traps and tether based on variance analysis. This method can be seen as a calibration technique valid beyond the linear trap region. Our analysis is then employed to measure the persistence length of dsDNA tethers of three different lengths spanning two orders of magnitude. The effective persistence length of such tethers is shown to decrease with the contour length, in accordance with previous studies.

Service product structure supported by remote diagnostics

Työn tavoitteena oli määrittää etähuoltokonseptin yleinen rakenne sekä selvittää asiakkaille tarjottavia modulaarisia palvelutuotteita. Aluksi selvitettiin huoltokonseptin rakennetta kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen avulla. Asiantuntijoiden haastattelut toteutettiin vapaamuotoisesti kysymyslistaa apuna käyttäen. Tämän lisäksi työssä pohditaan KM, CRM ja PDM rooleja etähuoltokonseptin kannalta sekä tutkaillaan etähuollon tulevaisuuden näkymiä.Diplomityössä käsitellään modulaarisuutta yleisellä tasolla. Moduularisuus on moniulotteinen termi. Usein sillä tarkoitetaan yrityksen sisäistä tuotekehityksen hallintaa. Toisaalta se voidaan nähdä myös asiakkaalle tarjottavina tuotteina ja tässä diplomityössä on keskitytty tähän puoleen. Loppuosa diplomityöstä käsittelee palvelutuotteiden tuotteistamisprosessia.Diplomityön tuloksena hahmoteltiin etähuolto konseptia ja tutkittiin mahdollisia palvelutuotteita, joita voidaan sisällyttää etähuoltokonseptiin. Tämän lisäksi toteutettiin osa tuotteistamisprosessista. Etähuollon kehittäminen on haasteellista. Haasteeksi jää tuotekehitystoiminnan ja palvelupuolen toiminnan tehostaminen, jotta tuotteita voitaisiin jo suunnittelupuolella kehittää etähuollon tarpeisiin. Kehittäminen vaatii molempien puolien aktiivista osallistumista.

Remote File Access with Wireless Symbian Devices

Erilaisten langattomien päätelaitteiden kuten älypuhelimien ja kommunikaattoreiden määrän lisääntyessä myös kiinnostus liikkuville käyttäjille lisäarvoa tuottavia verkkopalveluita ja -sovelluksia kohtaan kasvaa. Työn tarkoituksena oli tutkia kuinka langattomat Symbianin käyttöjärjestelmää käyttävät laitteet voivat hyödyntää verkkotiedostoja. Työssä arvioitiin eri tiedostojenjakoprotokollien käytettävyyttä langattomissa verkoissa, määriteltiin etätiedostoyhteyden Symbian-alustalle tarjoavan ohjelmiston vaatimukset ja tehtiin alustava suunnitelma ohjelmiston toteuttamiseksi. Läpinäkyvä tiedostojen etäkäyttö vaatii tiedostojenjakoprotokollan toteuttamista sovelluksille yhteisen tiedostosaantimekanismin alle. Tiedostojen etäkäyttö voi perustua eri tiedostojenjakoprotokolliin kuten IP:n päällä toimiviin NFS:ään tai CIFS:ään. Langattomuuden aiheuttamat rajoitukset laitteissa ja tiedonsiirrossa saattavat vähentää sovellutuksen käytettävyyttä ja on huomioitava ohjelmistoa toteutettaessa. Symbian-alusta perustuu asiakas-palvelin arkkitehtuuriin, jossa asiakassovellukset käyttävät tiedostopalveluita yhteisen tiedostopalvelimen kautta. Etätiedostoyhteys on mahdollista toteuttaa liittämällä uusi kirjastomoduuli tiedostopalvelimeen. Protokollan toteuttavan moduulin on muunnettava protokollan viestit tiedostopalvelimelle sopiviksi huolehtien samalla muista samanaikaisista tiedostotapahtumista. Suunniteltu moduulin arkkitehtuuri mahdollistaa eri protokollavaihtoehtojen käyttämisen etätiedostoyhteyden toteuttamiseen.

Assessment of the discrimination of animal fat by FT_Raman spectroscopy

In recent years, there has been an increased attention towards the composition of feeding fats. In the aftermath of the BSE crisis all animal by-products utilised in animal nutrition have been subjected to close scrutiny. Regulation requires that the material belongs to the category of animal by-products fit for human consumption. This implies the use of reliable techniques in order to insure the safety of products. The feasibility of using rapid and non-destructive methods, to control the composition of feedstuffs on animal fats has been studied. Fourier Transform Raman spectroscopy has been chosen for its advantage to give detailed structural information. Data were treated using chemometric methods as PCA and PLS-DA which have permitted to separate well the different classes of animal fats. The same methodology was applied on fats from various types of feedstock and production technology processes. PLS-DA model for the discrimination of animal fats from the other categories presents a sensitivity and a specificity of 0.958 and 0.914, respectively. These results encourage the use of FT-Raman spectroscopy to discriminate animal fats.

An overview of the metabolic differences between Bradyrhizobium japonicum 110 bacteria and differentiated bacteroids from soybean (Glycine max) root nodules: An in vitro 13C-and 31P-nuclear magnetic resonance spectroscopy study

Bradyrhizobium japonicum is a symbiotic nitrogen-fixing soil bacteria that induce root nodules formation in legume soybean (Glycine max.). Using 13C- and 31P-nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, we have analysed the metabolite profiles of cultivated B.japonicum cells and bacteroids isolated from soybean nodules. Our results revealed some quantitative and qualitative differences between the metabolite profiles of bacteroids and their vegetative state. This includes in bacteroids a huge accumulation of soluble carbohydrates such as trehalose, glutamate, myo-inositol and homospermidine as well as Pi, nucleotide pools and intermediates of the primary carbon metabolism. Using this novel approach, these data show that most of the compounds detected in bacteroids reflect the metabolic adaptation of rhizobia to the surrounding microenvironment with its host plant cells.

Maintenance process development for remote administration of network servers

Maintenance is a part of system development and it is possible to develop operation models for accomplishing maintenance tasks. These models can be applied to individual maintenance tasks, maintenance projects and version management. Beneficial operation models makes maintenance more effective and they assist in managing various changes. The purpose of this thesis was to develop a maintenance process which can be used to remote administer network servers. This consisted of defining those operation models and technical specifications which enable to set up, manage changes, maintain and monitor resources of information systems that are located in several different sites. At first in this thesis the needs of the process were determined and requirements were defined based on those needs. The meaning of processes in maintenance of information systems, maintenance workflows and challenges were studied. Then current practical problems and disadvantages of maintenance work were analyzed in order to focus the development to proper issues. Because available operation models did not cover all the recent needs, new maintenance process which fulfilled the requirements was developed.

Optical spectroscopy of microquasar candidates at low Galactic latitudes

We report optical spectroscopic observations of a sample of 6 low-galactic latitude microquasar candidates selected by cross-identification of X-ray and radio point source catalogs for |b|<5 degrees. Two objects resulted to be of clear extragalactic origin, as an obvious cosmologic redshift has been measured from their emission lines. For the rest, none exhibits a clear stellar-like spectrum as would be expected for genuine Galactic microquasars. Their featureless spectra are consistent with being extragalactic in origin although two of them could be also highly reddened stars. The apparent non-confirmation of our candidates suggests that the population of persistent microquasar systems in the Galaxy is more rare than previously believed. If none of them is galactic, the upper limit to the space density of new Cygnus X-3-like microquasars within 15 kpc would be 1.1\times10^{-12} per cubic pc. A similar upper limit for new LS 5039-like systems within 4 kpc is estimated to be 5.6\times10^{-11} per cubic pc.

Rockfall susceptibility assessment and remote geological mapping with LiDAR point clouds

Characterizing the geological features and structures in three dimensions over inaccessible rock cliffs is needed to assess natural hazards such as rockfalls and rockslides and also to perform investigations aimed at mapping geological contacts and building stratigraphy and fold models. Indeed, the detailed 3D data, such as LiDAR point clouds, allow to study accurately the hazard processes and the structure of geologic features, in particular in vertical and overhanging rock slopes. Thus, 3D geological models have a great potential of being applied to a wide range of geological investigations both in research and applied geology projects, such as mines, tunnels and reservoirs. Recent development of ground-based remote sensing techniques (LiDAR, photogrammetry and multispectral / hyperspectral images) are revolutionizing the acquisition of morphological and geological information. As a consequence, there is a great potential for improving the modeling of geological bodies as well as failure mechanisms and stability conditions by integrating detailed remote data. During the past ten years several large rockfall events occurred along important transportation corridors where millions of people travel every year (Switzerland: Gotthard motorway and railway; Canada: Sea to sky highway between Vancouver and Whistler). These events show that there is still a lack of knowledge concerning the detection of potential rockfalls, making mountain residential settlements and roads highly risky. It is necessary to understand the main factors that destabilize rocky outcrops even if inventories are lacking and if no clear morphological evidences of rockfall activity are observed. In order to increase the possibilities of forecasting potential future landslides, it is crucial to understand the evolution of rock slope stability. Defining the areas theoretically most prone to rockfalls can be particularly useful to simulate trajectory profiles and to generate hazard maps, which are the basis for land use planning in mountainous regions. The most important questions to address in order to assess rockfall hazard are: Where are the most probable sources for future rockfalls located? What are the frequencies of occurrence of these rockfalls? I characterized the fracturing patterns in the field and with LiDAR point clouds. Afterwards, I developed a model to compute the failure mechanisms on terrestrial point clouds in order to assess the susceptibility to rockfalls at the cliff scale. Similar procedures were already available to evaluate the susceptibility to rockfalls based on aerial digital elevation models. This new model gives the possibility to detect the most susceptible rockfall sources with unprecented detail in the vertical and overhanging areas. The results of the computation of the most probable rockfall source areas in granitic cliffs of Yosemite Valley and Mont-Blanc massif were then compared to the inventoried rockfall events to validate the calculation methods. Yosemite Valley was chosen as a test area because it has a particularly strong rockfall activity (about one rockfall every week) which leads to a high rockfall hazard. The west face of the Dru was also chosen for the relevant rockfall activity and especially because it was affected by some of the largest rockfalls that occurred in the Alps during the last 10 years. Moreover, both areas were suitable because of their huge vertical and overhanging cliffs that are difficult to study with classical methods. Limit equilibrium models have been applied to several case studies to evaluate the effects of different parameters on the stability of rockslope areas. The impact of the degradation of rockbridges on the stability of large compartments in the west face of the Dru was assessed using finite element modeling. In particular I conducted a back-analysis of the large rockfall event of 2005 (265'000 m3) by integrating field observations of joint conditions, characteristics of fracturing pattern and results of geomechanical tests on the intact rock. These analyses improved our understanding of the factors that influence the stability of rock compartments and were used to define the most probable future rockfall volumes at the Dru. Terrestrial laser scanning point clouds were also successfully employed to perform geological mapping in 3D, using the intensity of the backscattered signal. Another technique to obtain vertical geological maps is combining triangulated TLS mesh with 2D geological maps. At El Capitan (Yosemite Valley) we built a georeferenced vertical map of the main plutonio rocks that was used to investigate the reasons for preferential rockwall retreat rate. Additional efforts to characterize the erosion rate were made at Monte Generoso (Ticino, southern Switzerland) where I attempted to improve the estimation of long term erosion by taking into account also the volumes of the unstable rock compartments. Eventually, the following points summarize the main out puts of my research: The new model to compute the failure mechanisms and the rockfall susceptibility with 3D point clouds allows to define accurately the most probable rockfall source areas at the cliff scale. The analysis of the rockbridges at the Dru shows the potential of integrating detailed measurements of the fractures in geomechanical models of rockmass stability. The correction of the LiDAR intensity signal gives the possibility to classify a point cloud according to the rock type and then use this information to model complex geologic structures. The integration of these results, on rockmass fracturing and composition, with existing methods can improve rockfall hazard assessments and enhance the interpretation of the evolution of steep rockslopes. -- La caractérisation de la géologie en 3D pour des parois rocheuses inaccessibles est une étape nécessaire pour évaluer les dangers naturels tels que chutes de blocs et glissements rocheux, mais aussi pour réaliser des modèles stratigraphiques ou de structures plissées. Les modèles géologiques 3D ont un grand potentiel pour être appliqués dans une vaste gamme de travaux géologiques dans le domaine de la recherche, mais aussi dans des projets appliqués comme les mines, les tunnels ou les réservoirs. Les développements récents des outils de télédétection terrestre (LiDAR, photogrammétrie et imagerie multispectrale / hyperspectrale) sont en train de révolutionner l'acquisition d'informations géomorphologiques et géologiques. Par conséquence, il y a un grand potentiel d'amélioration pour la modélisation d'objets géologiques, ainsi que des mécanismes de rupture et des conditions de stabilité, en intégrant des données détaillées acquises à distance. Pour augmenter les possibilités de prévoir les éboulements futurs, il est fondamental de comprendre l'évolution actuelle de la stabilité des parois rocheuses. Définir les zones qui sont théoriquement plus propices aux chutes de blocs peut être très utile pour simuler les trajectoires de propagation des blocs et pour réaliser des cartes de danger, qui constituent la base de l'aménagement du territoire dans les régions de montagne. Les questions plus importantes à résoudre pour estimer le danger de chutes de blocs sont : Où se situent les sources plus probables pour les chutes de blocs et éboulement futurs ? Avec quelle fréquence vont se produire ces événements ? Donc, j'ai caractérisé les réseaux de fractures sur le terrain et avec des nuages de points LiDAR. Ensuite, j'ai développé un modèle pour calculer les mécanismes de rupture directement sur les nuages de points pour pouvoir évaluer la susceptibilité au déclenchement de chutes de blocs à l'échelle de la paroi. Les zones sources de chutes de blocs les plus probables dans les parois granitiques de la vallée de Yosemite et du massif du Mont-Blanc ont été calculées et ensuite comparés aux inventaires des événements pour vérifier les méthodes. Des modèles d'équilibre limite ont été appliqués à plusieurs cas d'études pour évaluer les effets de différents paramètres sur la stabilité des parois. L'impact de la dégradation des ponts rocheux sur la stabilité de grands compartiments de roche dans la paroi ouest du Petit Dru a été évalué en utilisant la modélisation par éléments finis. En particulier j'ai analysé le grand éboulement de 2005 (265'000 m3), qui a emporté l'entier du pilier sud-ouest. Dans le modèle j'ai intégré des observations des conditions des joints, les caractéristiques du réseau de fractures et les résultats de tests géoméchaniques sur la roche intacte. Ces analyses ont amélioré l'estimation des paramètres qui influencent la stabilité des compartiments rocheux et ont servi pour définir des volumes probables pour des éboulements futurs. Les nuages de points obtenus avec le scanner laser terrestre ont été utilisés avec succès aussi pour produire des cartes géologiques en 3D, en utilisant l'intensité du signal réfléchi. Une autre technique pour obtenir des cartes géologiques des zones verticales consiste à combiner un maillage LiDAR avec une carte géologique en 2D. A El Capitan (Yosemite Valley) nous avons pu géoréferencer une carte verticale des principales roches plutoniques que j'ai utilisé ensuite pour étudier les raisons d'une érosion préférentielle de certaines zones de la paroi. D'autres efforts pour quantifier le taux d'érosion ont été effectués au Monte Generoso (Ticino, Suisse) où j'ai essayé d'améliorer l'estimation de l'érosion au long terme en prenant en compte les volumes des compartiments rocheux instables. L'intégration de ces résultats, sur la fracturation et la composition de l'amas rocheux, avec les méthodes existantes permet d'améliorer la prise en compte de l'aléa chute de pierres et éboulements et augmente les possibilités d'interprétation de l'évolution des parois rocheuses.

From Regional Landslide Detection to Site-Specific Slope Deformation Monitoring and Modelling Based on Active Remote Sensors

Landslide processes can have direct and indirect consequences affecting human lives and activities. In order to improve landslide risk management procedures, this PhD thesis aims to investigate capabilities of active LiDAR and RaDAR sensors for landslides detection and characterization at regional scales, spatial risk assessment over large areas and slope instabilities monitoring and modelling at site-specific scales. At regional scales, we first demonstrated recent boat-based mobile LiDAR capabilities to model topography of the Normand coastal cliffs. By comparing annual acquisitions, we validated as well our approach to detect surface changes and thus map rock collapses, landslides and toe erosions affecting the shoreline at a county scale. Then, we applied a spaceborne InSAR approach to detect large slope instabilities in Argentina. Based on both phase and amplitude RaDAR signals, we extracted decisive information to detect, characterize and monitor two unknown extremely slow landslides, and to quantify water level variations of an involved close dam reservoir. Finally, advanced investigations on fragmental rockfall risk assessment were conducted along roads of the Val de Bagnes, by improving approaches of the Slope Angle Distribution and the FlowR software. Therefore, both rock-mass-failure susceptibilities and relative frequencies of block propagations were assessed and rockfall hazard and risk maps could be established at the valley scale. At slope-specific scales, in the Swiss Alps, we first integrated ground-based InSAR and terrestrial LiDAR acquisitions to map, monitor and model the Perraire rock slope deformation. By interpreting both methods individually and originally integrated as well, we therefore delimited the rockslide borders, computed volumes and highlighted non-uniform translational displacements along a wedge failure surface. Finally, we studied specific requirements and practical issues experimented on early warning systems of some of the most studied landslides worldwide. As a result, we highlighted valuable key recommendations to design new reliable systems; in addition, we also underlined conceptual issues that must be solved to improve current procedures. To sum up, the diversity of experimented situations brought an extensive experience that revealed the potential and limitations of both methods and highlighted as well the necessity of their complementary and integrated uses.