Variational analysis of the Gross-Neveu model in an S^1 space

The Gross-Neveu model in an S^1 space is analyzed by means of a variational technique: the Gaussian effective potential. By making the proper connection with previous exact results at finite temperature, we show that this technique is able to describe the phase transition occurring in this model. We also make some remarks about the appropriate treatment of Grassmann variables in variational approaches.

Numerical signs fos a transition in the 2d Random Field Ising Model at T=0

Intensive numerical studies of exact ground states of the two-dimensional ferromagnetic random field Ising model at T=0, with a Gaussian distribution of fields, are presented. Standard finite size scaling analysis of the data suggests the existence of a transition at ¿c=0.64±0.08. Results are compared with existing theories and with the study of metastable avalanches in the same model.

Characterization of soil chemical properties of strawberry fields using principal component analysis

One of the largest strawberry-producing municipalities of Rio Grande do Sul (RS) is Turuçu, in the South of the State. The strawberry production system adopted by farmers is similar to that used in other regions in Brazil and in the world. The main difference is related to the soil management, which can change the soil chemical properties during the strawberry cycle. This study had the objective of assessing the spatial and temporal distribution of soil fertility parameters using principal component analysis (PCA). Soil sampling was based on topography, dividing the field in three thirds: upper, middle and lower. From each of these thirds, five soil samples were randomly collected in the 0-0.20 m layer, to form a composite sample for each third. Four samples were taken during the strawberry cycle and the following properties were determined: soil organic matter (OM), soil total nitrogen (N), available phosphorus (P) and potassium (K), exchangeable calcium (Ca) and magnesium (Mg), soil pH (pH), cation exchange capacity (CEC) at pH 7.0, soil base (V%) and soil aluminum saturation(m%). No spatial variation was observed for any of the studied soil fertility parameters in the strawberry fields and temporal variation was only detected for available K. Phosphorus and K contents were always high or very high from the beginning of the strawberry cycle, while pH values ranged from very low to very high. Principal component analysis allowed the clustering of all strawberry fields based on variables related to soil acidity and organic matter content.

Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA)

One of the key challenges in the field of nanoparticle (NP) analysis is in producing reliable and reproducible characterisation data for nanomaterials. This study looks at the reproducibility using a relatively new, but rapidly adopted, technique, Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) on a range of particle sizes and materials in several different media. It describes the protocol development and presents both the data and analysis of results obtained from 12 laboratories, mostly based in Europe, who are primarily QualityNano members. QualityNano is an EU FP7 funded Research Infrastructure that integrates 28 European analytical and experimental facilities in nanotechnology, medicine and natural sciences with the goal of developing and implementing best practice and quality in all aspects of nanosafety assessment. This study looks at both the development of the protocol and how this leads to highly reproducible results amongst participants. In this study, the parameter being measured is the modal particle size.

Bacterial bioassay for rapid and accurate analysis of arsenic in highly variable groundwater samples.

In this study, we report the first ever large-scale environmental validation of a microbial reporter-based test to measure arsenic concentrations in natural water resources. A bioluminescence-producing arsenic-inducible bacterium based on Escherichia coli was used as the reporter organism. Specific protocols were developed with the goal to avoid the negative influence of iron in groundwater on arsenic availability to the bioreporter cells. A total of 194 groundwater samples were collected in the Red River and Mekong River Delta regions of Vietnam and were analyzed both by atomic absorption spectroscopy (AAS) and by the arsenic bioreporter protocol. The bacterial cells performed well at and above arsenic concentrations in groundwater of 7 microg/L, with an almost linearly proportional increase of the bioluminescence signal between 10 and 100 microg As/L (r2 = 0.997). Comparisons between AAS and arsenic bioreporter determinations gave an overall average of 8.0% false negative and 2.4% false positive identifications for the bioreporter prediction at the WHO recommended acceptable arsenic concentration of 10 microg/L, which is far betterthan the performance of chemical field test kits. Because of the ease of the measurement protocol and the low application cost, the microbiological arsenic test has a great potential in large screening campaigns in Asia and in other areas suffering from arsenic pollution in groundwater resources.

Batalin-Vilkovisky analysis of covariant and noncovariant actions

The equivalence between the covariant and the noncovariant versions of a constrained system is shown to hold after quantization in the framework of the field-antifield formalism. Our study covers the cases of electromagnetism and Yang-Mills fields and sheds light on some aspects of the Faddeev-Popov method, for both the covariant and noncovariant approaches, which have not been fully clarified in the literature.

Revisiting Field Capacity (FC): variation of definition of FC and its estimation from pedotransfer functions

Taking into account the nature of the hydrological processes involved in in situ measurement of Field Capacity (FC), this study proposes a variation of the definition of FC aiming not only at minimizing the inadequacies of its determination, but also at maintaining its original, practical meaning. Analysis of FC data for 22 Brazilian soils and additional FC data from the literature, all measured according to the proposed definition, which is based on a 48-h drainage time after infiltration by shallow ponding, indicates a weak dependency on the amount of infiltrated water, antecedent moisture level, soil morphology, and the level of the groundwater table, but a strong dependency on basic soil properties. The dependence on basic soil properties allowed determination of FC of the 22 soil profiles by pedotransfer functions (PTFs) using the input variables usually adopted in prediction of soil water retention. Among the input variables, soil moisture content θ (6 kPa) had the greatest impact. Indeed, a linear PTF based only on it resulted in an FC with a root mean squared residue less than 0.04 m³ m-3 for most soils individually. Such a PTF proved to be a better FC predictor than the traditional method of using moisture content at an arbitrary suction. Our FC data were compatible with an equivalent and broader USA database found in the literature, mainly for medium-texture soil samples. One reason for differences between FCs of the two data sets of fine-textured soils is due to their different drainage times. Thus, a standardized procedure for in situ determination of FC is recommended.

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

Asymptotic analysis of the Gunn effect with realistic boundary conditions

A general asymptotic analysis of the Gunn effect in n-type GaAs under general boundary conditions for metal-semiconductor contacts is presented. Depending on the parameter values in the boundary condition of the injecting contact, different types of waves mediate the Gunn effect. The periodic current oscillation typical of the Gunn effect may be caused by moving charge-monopole accumulation or depletion layers, or by low- or high-field charge-dipole solitary waves. A new instability caused by multiple shedding of (low-field) dipole waves is found. In all cases the shape of the current oscillation is described in detail: we show the direct relationship between its major features (maxima, minima, plateaus, etc.) and several critical currents (which depend on the values of the contact parameters). Our results open the possibility of measuring contact parameters from the analysis of the shape of the current oscillation.

Quantum critical effects in mean-field glassy systems

We consider the effects of quantum fluctuations in mean-field quantum spin-glass models with pairwise interactions. We examine the nature of the quantum glass transition at zero temperature in a transverse field. In models (such as the random orthogonal model) where the classical phase transition is discontinuous an analysis using the static approximation reveals that the transition becomes continuous at zero temperature.

Field Data Acquisition Technologies for Iowa Transportation Agencies, HR-366 August 1994

This report describes the results of the research project investigating the use of advanced field data acquisition technologies for lowa transponation agencies. The objectives of the research project were to (1) research and evaluate current data acquisition technologies for field data collection, manipulation, and reporting; (2) identify the current field data collection approach and the interest level in applying current technologies within Iowa transportation agencies; and (3) summarize findings, prioritize technology needs, and provide recommendations regarding suitable applications for future development. A steering committee consisting oretate, city, and county transportation officials provided guidance during this project. Technologies considered in this study included (1) data storage (bar coding, radio frequency identification, touch buttons, magnetic stripes, and video logging); (2) data recognition (voice recognition and optical character recognition); (3) field referencing systems (global positioning systems [GPS] and geographic information systems [GIs]); (4) data transmission (radio frequency data communications and electronic data interchange); and (5) portable computers (pen-based computers). The literature review revealed that many of these technologies could have useful applications in the transponation industry. A survey was developed to explain current data collection methods and identify the interest in using advanced field data collection technologies. Surveys were sent out to county and city engineers and state representatives responsible for certain programs (e.g., maintenance management and construction management). Results showed that almost all field data are collected using manual approaches and are hand-carried to the office where they are either entered into a computer or manually stored. A lack of standardization was apparent for the type of software applications used by each agency--even the types of forms used to manually collect data differed by agency. Furthermore, interest in using advanced field data collection technologies depended upon the technology, program (e.g.. pavement or sign management), and agency type (e.g., state, city, or county). The state and larger cities and counties seemed to be interested in using several of the technologies, whereas smaller agencies appeared to have very little interest in using advanced techniques to capture data. A more thorough analysis of the survey results is provided in the report. Recommendations are made to enhance the use of advanced field data acquisition technologies in Iowa transportation agencies: (1) Appoint a statewide task group to coordinate the effort to automate field data collection and reporting within the Iowa transportation agencies. Subgroups representing the cities, counties, and state should be formed with oversight provided by the statewide task group. (2) Educate employees so that they become familiar with the various field data acquisition technologies.

Biomechanical analysis of alpine skiers performing giant slalom turns

Over the past few years, technological breakthroughs have helpedcompetitive sports to attain new levels. Training techniques, athletes' management and methods to analyse specific technique and performancehave sharpened, leading to performance improvement. Alpine skiing is not different. The objective of the present work was to study the technique of highy skilled alpine skiers performing giant slalom, in order to determine the quantity of energy that can be produced by skiers to increase their speed. To reach this goal, several tools have been developed to allow field testing on ski slopes; a multi cameras system, a wireless synchronization system, an aerodynamic drag model and force plateforms have especially been designed and built. The analyses performed using the different tools highlighted the possibility for several athletes to increase their energy by approximately 1.5 % using muscular work. Nevertheless, the athletes were in average not able to use their muscular work in an efficient way. By offering functional tools such as drift analysis using combined data from GPS and inertial sensors, or trajectory analysis based on tracking morphological points, this research makes possible the analysis of alpine skiers technique and performance in real training conditions. The author wishes for this work to be used as a basis for continued knowledge and understanding of alpine skiing technique. - Le sport de compétition bénéficie depuis quelques années des progrès technologiques apportés par la science. Les techniques d'entraînement, le suivi des athlètes et les méthodes d'analyse deviennent plus pointus, induisant une nette amélioration des performances. Le ski alpin ne dérogeant pas à cette règle, l'objectif de ce travail était d'analyser la technique de skieurs de haut niveau en slalom géant afin de déterminer la quantité d'énergie fournie par les skieurs pour augmenter leur vitesse. Pour ce faire, il a été nécessaire de developer différents outils d'analyse adaptés aux contraintes inhérentes aux tests sur les pistes de skis; un système multi caméras, un système de synchronisation, un modèle aérodynamique et des plateformes de force ont notamment été développés. Les analyses effectuées grâce à ces différents outils ont montré qu'il était possible pour certains skieur d'augmenter leur énergie d'environ 1.5 % grâce au travail musculaire. Cependant, les athlètes n'ont en moyenne pas réussi à utiliser leur travail musculaire de manière efficace. Ce projet a également rendu possible des analyses adaptées aux conditions d'entraînement des skieurs en proposant des outils fonctionnels tels que l'analyse du drift grâce à des capteurs inertiels et GPS, ainsi que l'analyse simplifiée de trajectoires grâce au suivi de points morphologiques. L'auteur espère que ce travail servira de base pour approfondir les connaissances de la technique en ski alpin.

Bilateral Sequential NAION: A Comparison of Visual Outcomes in Fellow Eyes Using Quantitative Analysis of Goldmann Visual Fields

Purpose: Previous studies of the visual outcome in bilateral non-arteritic anterior ischemic optic neuropathy (NAION) have yielded conflicting results, specifically regarding congruity between fellow eyes. Prior studies have used measures of acuity and computerized perimetry but none has compared Goldmann visual field outcomes between fellow eyes. In order to better define the concordance of visual loss in this condition, we reviewed our cases of bilateral sequential NAION, including measures of visual acuity, pupillary function and both pattern and severity of visual field loss.Methods: We performed a retrospective chart review of 102 patients with a diagnosis of bilateral sequential NAION. Of the 102 patients, 86 were included in the study for analysis of final visual outcome between the affected eyes. Visual function was assessed using visual acuity, Goldmann visual fields, color vision and RAPD. A quantitative total visual field score and score per quadrant was analyzed for each eye using the numerical Goldmann visual field scoring method previously described by Esterman and colleagues. Based upon these scores, we calculated the total deviation and pattern deviation between fellow eyes and between eyes of different patients. Statistical significance was determined using nonparametric tests.Results: A statistically significant correlation was found between fellow eyes for multiple parameters, including logMAR visual acuity (P = 0.0101), global visual field (P = 0.0001), superior visual field (P = 0.0001), and inferior visual field (P = 0.0001). In addition, the mean deviation of both total (P = 0.0000000007) and pattern (P = 0.000000004) deviation analyses was significantly less between fellow eyes ("intra"-eyes) than between eyes of different patients ("inter"-eyes).Conclusions: Visual function between fellow eyes showed a fair to moderate correlation that was statistically significant. The pattern of vision loss was also more similar in fellow eyes than between eyes of different patients. These results may help allow better prediction of visual outcome for the second eye in patients with NAION. These findings may also be useful for evaluating efficacy of therapeutic interventions.

Detection, analysis and monitoring of slope movements by high-resolution digital elevation models

Summary Detection, analysis and monitoring of slope movements by high-resolution digital elevation modelsSlope movements, such as rockfalls, rockslides, shallow landslides or debris flows, are frequent in many mountainous areas. These natural hazards endanger the inhabitants and infrastructures making it necessary to assess the hazard and risk caused by these phenomena. This PhD thesis explores various approaches using digital elevation models (DEMs) - and particularly high-resolution DEMs created by aerial or terrestrial laser scanning (TLS) - that contribute to the assessment of slope movement hazard at regional and local scales.The regional detection of areas prone to rockfalls and large rockslides uses different morphologic criteria or geometric instability factors derived from DEMs, i.e. the steepness of the slope, the presence of discontinuities, which enable a sliding mechanism, and the denudation potential. The combination of these factors leads to a map of susceptibility to rockfall initiation that is in good agreement with field studies as shown with the example of the Little Mill Campground area (Utah, USA). Another case study in the Illgraben catchment in the Swiss Alps highlighted the link between areas with a high denudation potential and actual rockfall areas.Techniques for a detailed analysis and characterization of slope movements based on high-resolution DEMs have been developed for specific, localized sites, i.e. ancient slide scars, present active instabilities or potential slope instabilities. The analysis of the site's characteristics mainly focuses on rock slopes and includes structural analyses (orientation of discontinuities); estimation of spacing, persistence and roughness of discontinuities; failure mechanisms based on the structural setting; and volume calculations. For the volume estimation a new 3D approach was tested to reconstruct the topography before a landslide or to construct the basal failure surface of an active or potential instability. The rockslides at Åknes, Tafjord and Rundefjellet in western Norway were principally used as study sites to develop and test the different techniques.The monitoring of slope instabilities investigated in this PhD thesis is essentially based on multitemporal (or sequential) high-resolution DEMs, in particular sequential point clouds acquired by TLS. The changes in the topography due to slope movements can be detected and quantified by sequential TLS datasets, notably by shortest distance comparisons revealing the 3D slope movements over the entire region of interest. A detailed analysis of rock slope movements is based on the affine transformation between an initial and a final state of the rock mass and its decomposition into translational and rotational movements. Monitoring using TLS was very successful on the fast-moving Eiger rockslide in the Swiss Alps, but also on the active rockslides of Åknes and Nordnesfjellet (northern Norway). One of the main achievements on the Eiger and Aknes rockslides is to combine the site's morphology and structural setting with the measured slope movements to produce coherent instability models. Both case studies also highlighted a strong control of the structures in the rock mass on the sliding directions. TLS was also used to monitor slope movements in soils, such as landslides in sensitive clays in Québec (Canada), shallow landslides on river banks (Sorge River, Switzerland) and a debris flow channel (Illgraben).The PhD thesis underlines the broad uses of high-resolution DEMs and especially of TLS in the detection, analysis and monitoring of slope movements. Future studies should explore in more depth the different techniques and approaches developed and used in this PhD, improve them and better integrate the findings in current hazard assessment practices and in slope stability models.Résumé Détection, analyse et surveillance de mouvements de versant à l'aide de modèles numériques de terrain de haute résolutionDes mouvements de versant, tels que des chutes de blocs, glissements de terrain ou laves torrentielles, sont fréquents dans des régions montagneuses et mettent en danger les habitants et les infrastructures ce qui rend nécessaire d'évaluer le danger et le risque causé par ces phénomènes naturels. Ce travail de thèse explore diverses approches qui utilisent des modèles numériques de terrain (MNT) et surtout des MNT de haute résolution créés par scanner laser terrestre (SLT) ou aérien - et qui contribuent à l'évaluation du danger de mouvements de versant à l'échelle régionale et locale.La détection régionale de zones propices aux chutes de blocs ou aux éboulements utilise plusieurs critères morphologiques dérivés d'un MNT, tels que la pente, la présence de discontinuités qui permettent un mécanisme de glissement ou le potentiel de dénudation. La combinaison de ces facteurs d'instabilité mène vers une carte de susceptibilité aux chutes de blocs qui est en accord avec des travaux de terrain comme démontré avec l'exemple du Little Mill Campground (Utah, États-Unis). Un autre cas d'étude - l'Illgraben dans les Alpes valaisannes - a mis en évidence le lien entre les zones à fort potentiel de dénudation et les sources effectives de chutes de blocs et d'éboulements.Des techniques pour l'analyse et la caractérisation détaillée de mouvements de versant basées sur des MNT de haute résolution ont été développées pour des sites spécifiques et localisés, comme par exemple des cicatrices d'anciens éboulements et des instabilités actives ou potentielles. Cette analyse se focalise principalement sur des pentes rocheuses et comprend l'analyse structurale (orientation des discontinuités); l'estimation de l'espacement, la persistance et la rugosité des discontinuités; l'établissement des mécanismes de rupture; et le calcul de volumes. Pour cela une nouvelle approche a été testée en rétablissant la topographie antérieure au glissement ou en construisant la surface de rupture d'instabilités actuelles ou potentielles. Les glissements rocheux d'Åknes, Tafjord et Rundefjellet en Norvège ont été surtout utilisés comme cas d'étude pour développer et tester les diverses approches. La surveillance d'instabilités de versant effectuée dans cette thèse de doctorat est essentiellement basée sur des MNT de haute résolution multi-temporels (ou séquentiels), en particulier des nuages de points séquentiels acquis par SLT. Les changements topographiques dus aux mouvements de versant peuvent être détectés et quantifiés sur l'ensemble d'un glissement, notamment par comparaisons des distances les plus courtes entre deux nuages de points. L'analyse détaillée des mouvements est basée sur la transformation affine entre la position initiale et finale d'un bloc et sa décomposition en mouvements translationnels et rotationnels. La surveillance par SLT a démontré son potentiel avec l'effondrement d'un pan de l'Eiger dans les Alpes suisses, mais aussi aux glissements rocheux d'Aknes et Nordnesfjellet en Norvège. Une des principales avancées à l'Eiger et à Aknes est la création de modèles d'instabilité cohérents en combinant la morphologie et l'agencement structural des sites avec les mesures de déplacements. Ces deux cas d'étude ont aussi démontré le fort contrôle des structures existantes dans le massif rocheux sur les directions de glissement. Le SLT a également été utilisé pour surveiller des glissements dans des terrains meubles comme dans les argiles sensibles au Québec (Canada), sur les berges de la rivière Sorge en Suisse et dans le chenal à laves torrentielles de l'Illgraben.Cette thèse de doctorat souligne le vaste champ d'applications des MNT de haute résolution et particulièrement du SLT dans la détection, l'analyse et la surveillance des mouvements de versant. Des études futures devraient explorer plus en profondeur les différentes techniques et approches développées, les améliorer et mieux les intégrer dans des pratiques actuelles d'analyse de danger et surtout dans la modélisation de stabilité des versants.

Concrete Pavement Mixture Design and Analysis (MDA): Application of a Portable X-Ray Fluorescence Technique to Assess Concrete Mix Proportions , TPF-5(205), 2012

Any transportation infrastructure system is inherently concerned with durability and performance issues. The proportioning and uniformity control of concrete mixtures are critical factors that directly affect the longevity and performance of the portland cement concrete pavement systems. At present, the only means available to monitor mix proportions of any given batch are to track batch tickets created at the batch plant. However, this does not take into account potential errors in loading materials into storage silos, calibration errors, and addition of water after dispatch. Therefore, there is a need for a rapid, cost-effective, and reliable field test that estimates the proportions of as-delivered concrete mixtures. In addition, performance based specifications will be more easily implemented if there is a way to readily demonstrate whether any given batch is similar to the proportions already accepted based on laboratory performance testing. The goal of the present research project is to investigate the potential use of a portable x-ray fluorescence (XRF) technique to assess the proportions of concrete mixtures as they are delivered. Tests were conducted on the raw materials, paste and mortar samples using a portable XRF device. There is a reasonable correlation between the actual and calculated mix proportions of the paste samples, but data on mortar samples was less reliable.