Développement d'un indice de vulnérabilité à l'érosion éolienne à partir d'images satellitales, dans le Bassin arachidier du Sénégal : cas de la région de Thiès.

L’érosion éolienne est un problème environnemental parmi les plus sévères dans les régions arides, semi-arides et les régions sèches sub-humides de la planète. L’érosion des sols accélérée par le vent provoque des dommages à la fois localement et régionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matière organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilité des sols avec comme conséquence, une chute de la productivité agricole et une réduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan régional, les tempêtes de poussières soulevées par le vent ont un impact non négligeable sur la santé des populations, et la déposition des particules affecte les équipements hydrauliques tels que les canaux à ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les régions où les sols sont fréquemment soumis à l’érosion éolienne, les besoins pour des études qui visent à caractériser spatialement les sols selon leur degré de vulnérabilité sont grands. On n’a qu’à penser aux autorités administratives qui doivent décider des mesures à prendre pour préserver et conserver les potentialités agropédologiques des sols, souvent avec des ressources financières modestes mises à leur disposition. Or, dans certaines de ces régions, comme notre territoire d’étude, la région de Thiès au Sénégal, ces études font défaut. En effet, les quelques études effectuées dans cette région ou dans des contextes géographiques similaires ont un caractère plutôt local et les approches suivies (modèles de pertes des sols) nécessitent un nombre substantiel de données pour saisir la variabilité spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de l’érosion éolienne. La disponibilité de ces données est particulièrement problématique dans les pays en voie de développement, à cause de la pauvreté en infrastructures et des problèmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. L’approche mise de l’avant dans cette recherche vise à combler cette lacune en recourant principalement à l’imagerie satellitale, et plus particulièrement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalité de la zone optique du spectre exploitable par télédétection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) à des résolutions relativement fines (quelques dizaines de mètres). Elles permettant ainsi d’étudier la distribution spatiale des niveaux de vulnérabilité des sols avec un niveau de détails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilisées dans des études environnementales telles que AVHRR de la série de satellites NOAA (résolution kilométrique). De plus, l’archive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une période de plus de 20 ans est aujourd’hui facilement accessible. Parmi les paramètres utilisés dans les modèles d’érosion éolienne, nous avons identifiés ceux qui sont estimables par l’imagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert végétal) soit indirectement (exemple, caractérisation des sols par leur niveau d’érodabilité). En exploitant aussi le peu de données disponibles dans la région (données climatiques, carte morphopédologique) nous avons élaboré une base de données décrivant l’état des lieux dans la période de 1988 à 2002 et ce, selon les deux saisons caractéristiques de la région : la saison des pluies et la saison sèche. Ces données par date d’acquisition des images Landsat utilisées ont été considérées comme des intrants (critères) dans un modèle empirique que nous avons élaboré en modulant l’impact de chacun des critères (poids et scores). À l’aide de ce modèle, nous avons créé des cartes montrant les degrés de vulnérabilité dans la région à l’étude, et ce par date d’acquisition des images Landsat. Suite à une série de tests pour valider la cohérence interne du modèle, nous avons analysé nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la période d’étude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modèle élaboré montre une bonne cohérence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considération 2); tel qu’attendu, parmi les facteurs utilisés pour expliquer la vulnérabilité des sols, la végétation vivante et l’érodabilité sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs présentent une variation importante intra et inter-saisonnière de sorte qu’il est difficile de dégager des tendances à long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnérabilité forts, peu importe la saison ; 4) l’analyse diachronique des cartes des indices de vulnérabilité confirme le caractère saisonnier des niveaux de vulnérabilité dans la mesure où les superficies occupées par les faibles niveaux de vulnérabilité augmentent en saison des pluies, donc lorsque l’humidité surfacique et la végétation active notamment sont importantes, et décroissent en saison sèche ; 5) la susceptibilité, c’est-à-dire l’impact du vent sur la vulnérabilité est d’autant plus forte que la vitesse du vent est élevée et que la vulnérabilité est forte. Sur les zones où la vulnérabilité est faible, les vitesses de vent élevées ont moins d’impact. Dans notre étude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite expérimental HYPERION. Bien que la résolution spatiale de ces images soit similaire à celle de Landsat, les résultats obtenus à partir des images HYPERION révèlent un niveau de détail supérieur grâce à la résolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui réagissent le plus avec le facteur étudié. Cette étude comparative démontre que dans un futur rapproché, l’amélioration de l’accessibilité à ce type d’images permettra de raffiner davantage le calcul de l’indice de vulnérabilité par notre modèle. En attendant cette possibilité, on peut de contenter de l’imagerie Landsat qui offre un support d’informations permettant tout de même d’évaluer le niveau de fragilisation des sols par l’action du vent et par la dynamique des caractéristiques des facteurs telles que la couverture végétale aussi bien vivante que sénescente.

A computational fluid dynamic study on the filtering mechanics in suspension feeding marine invertebrates

Les suspensivores ont la tâche importante de séparer les particules de l'eau. Bien qu'une grande gamme de morphologies existe pour les structures d'alimentation, elles sont pratiquement toutes constituées de rangées de cylindres qui interagissent avec leur environnement fluide. Le mécanisme de capture des particules utilisé dépend des contraintes morphologiques, des besoins énergétiques et des conditions d'écoulement. Comme nos objectifs étaient de comprendre ces relations, nous avons eu recours à des études de comparaison pour interpréter les tendances en nature et pour comprendre les conditions qui provoquent de nouveaux fonctionnements. Nous avons utilisé la dynamique des fluides numérique (computational fluid dynamics, CFD) pour créer des expériences contrôlées et pour simplifier les analyses. Notre première étude démontre que les coûts énergétiques associés au pompage dans les espaces petits sont élevés. De plus, le CFD suggère que les fentes branchiales des ptérobranches sont des structures rudimentaires, d'un ancêtre plus grande. Ce dernier point confirme l'hypothèse qu'un ver se nourrit par filtration tel que l'ancêtre des deuterostomes. Notre deuxième étude détermine la gamme du nombre de Reynolds number critique où la performance d'un filtre de balane change. Quand le Re est très bas, les différences morphologiques n'ont pas un grand effet sur le fonctionnement. Cependant, une pagaie devient une passoire lorsque le Re se trouve entre 1 et 3,5. Le CFD s’est dévoilé être un outil très utile qui a permis d’obtenir des détails sur les microfluides. Ces études montrent comment la morphologie et les dynamiques des fluides interagissent avec la mécanisme de capture ou de structures utilisées, ainsi que comment des petits changements de taille, de forme, ou de vitesse d'écoulement peuvent conduire à un nouveau fonctionnement.

Dynamic magnetic resonance spectroscopy of phosphate energetics during muscle exercise and recovery

Entailing of phosphorus exchanges in most bio-chemicals as a key factor in disease, increases researcher’s interest to develop the technologies capable of detecting this metabolite. Phosphorus magnetic resonance spectroscopy is able to detect key metabolites in a non-invasive manner. Particularly, it offers the ability to measure the dynamic rate of phosphocreatine(PCr) degeneration through the exercise and recovery. This metric as a valid indication of mitochondrial oxidative metabolism in muscle, differentiate between normal and pathological state. To do magnetic resonance imaging and spectroscopy, clinical research tools provide a wide variety of anatomical and functional contrasts, however they are typically restricted to the tissues containing water or hydrogen atoms and they are still blind to the biochemicals of other atoms of interests. Through this project we intended to obtain the phosphorus spectrum in human body – specificadenerativelly in muscle – using 31P spectroscopy. To do so a double loop RF surface coil, tuned to phosphorus frequency, is designed and fabricated using bench work facilities and then validated through in vitro spectroscopy using 3 Tesla Siemens scanner. We acquired in vitro as well as in vivo phosphorus spectrum in a 100 mM potassium phosphate phantom and human calf muscle in rest-exercise-recovery phase in a 3T MR scanner. The spectrum demonstrates the main constituent in high-energy phosphate metabolism. We also observed the dynamic variation of PCr for five young healthy subjects who performed planter flexions using resistance band during exercise and recovery. The took steps in this project pave the way for future application of spectroscopic quantification of phosphate metabolism in patients affected by carotid artery disease as well as in age-matched control subjects.

Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme. Il demeure la cause de mortalité la plus importante chez les femmes âgées entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiqués chaque année. Les études scientifiques démontrent que l'espérance de vie est étroitement liée à la précocité du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'échographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la présence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en déterminer la nature (bénigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complémentaires comme l'échographie ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont alors utilisées en complément, mais elles sont limitées quant à la sensibilité et la spécificité de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par conséquent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lésions sont bénignes. Quelques voies de recherche sont privilégiées depuis peu pour réduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’élastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspirée du geste médical de palpation et est basée sur la détermination de la rigidité des tissus, sachant que les lésions en général sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de générer des ondes de cisaillement et d'en étudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu via un problème inverse préétabli. Cette thèse vise le développement d'une nouvelle méthode d'élastographie dynamique pour le dépistage précoce des lésions mammaires. L'un des principaux problèmes des techniques d'élastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte atténuation des ondes de cisaillement. Après quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de déplacement diminuent considérablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce problème affecte grandement la caractérisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'élasticité tandis que des études récentes montrent que certaines lésions bénignes ont les mêmes élasticités que des lésions malignes ce qui affecte la spécificité de ces techniques et motive la quantification de d'autres paramètres mécaniques (e.g.la viscosité). Le premier objectif de cette thèse consiste à optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des déplacements générés. Pour ce faire, un modèle analytique de prédiction de la fréquence de génération de la force de radiation a été développé. Une fois validé in vitro, ce modèle a servi pour la prédiction des fréquences optimales pour la génération de la force de radiation dans d'autres expérimentations in vitro et ex vivo sur des échantillons de tissu mammaire obtenus après mastectomie totale. Dans la continuité de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore conçu pour la génération d'un type spécifique d'ondes de cisaillement appelé ''onde de torsion'' a été développé. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisée afin de générer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilité dans l'amélioration de l'amplitude des déplacements. Contrairement aux techniques élastographiques classiques, ce prototype permet la génération des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dépendamment de la forme de la lésion. L’optimisation des dépôts énergétiques induit une meilleure réponse mécanique du tissu et améliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des paramètres viscoélastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches antérieurs par un appui expérimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en résonance des structures. Ce phénomène de résonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de déplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure détection. Enfin, dans le cadre de la quantification des paramètres viscoélastiques des tissus, la dernière étape consiste à développer un modèle inverse basé sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des paramètres viscoélastiques. L'estimation des paramètres viscoélastiques se fait via la résolution d'un problème inverse intégré dans un modèle numérique éléments finis. La robustesse de ce modèle a été étudiée afin de déterminer ces limites d'utilisation. Les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à d'autres résultats (mêmes échantillons) obtenus par des méthodes de référence (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la précision de la méthode développée. La quantification des paramètres mécaniques des lésions permet d'améliorer la sensibilité et la spécificité du diagnostic. La caractérisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lésion (malin ou bénin) ainsi que son évolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptée.

Optimizing the Dynamic Distribution of Data-stream for High Speed Communications

The performances of high-speed network communications frequently rest with the distribution of data-stream. In this paper, a dynamic data-stream balancing architecture based on link information is introduced and discussed firstly. Then the algorithms for simultaneously acquiring the passing nodes and links of a path between any two source-destination nodes rapidly, as well as a dynamic data-stream distribution planning are proposed. Some related topics such as data fragment disposal, fair service, etc. are further studied and discussed. Besides, the performance and efficiency of proposed algorithms, especially for fair service and convergence, are evaluated through a demonstration with regard to the rate of bandwidth utilization. Hoping the discussion presented here can be helpful to application developers in selecting an effective strategy for planning the distribution of data-stream.

Dynamic visual acuity following high-frequency head vibration

In order to evaluate high-frequency VOR function, the effects of different types of motion on visual acuity were evaluated in asymptomatic and symptomatic subjects. A new testing protocol of evaluating vestibular function was developed in an effort to enhance current treatment protocols.

Factors influencing the dissolution of phosphate rock in a range of high P-fixing soils from Cameroon

A laboratory incubation experiment was conducted to evaluate the soil factors that influence the dissolution of two phosphate rocks (PRs) of different reactivity (Gafsa, GPR, reactive PR; and Togo-Hahotoe, HPR, low reactivity PR) in seven agricultural soils from Cameroon having variable phosphorus (P)- sorption capacities, organic carbon (C) contents, and exchangeable acidities. Ground PR was mixed with the soils at a rate of 500 mg P kg 21 soil and incubated at 30 degrees C for 85 days. Dissolution of the PRs was determined at various intervals using the Delta NaOH-P method ( the difference of the amount of P extracted by 0.5 M NaOH between the PR-treated soils and the control). Between 4 and 27% of HPR and 33 and 50% of GPR were dissolved in the soils. Calcium (Ca) saturation of cation exchange sites and proton supply strongly affected PR dissolution in these soils. Acid soils with pH-(H2O), < 5 (NKL, ODJ, NSM, MTF) dissolved more phosphate rock than those with pH-(H2O) > 5 (DSC, FGT, BAF). However, the lack of a sufficient Ca sink in the former constrained the dissolution of both PRs. The dissolution of GPR in the slightly acidic soils was limited by increase in Ca saturation and that of HPR was constrained by limited supply in protons. Generally, the dissolution of GPR was higher than that of HPR for each soil. The kinetics of dissolution of PR in the soils was best described by the power function equation P At B. More efficient use of PR in these soils can be achieved by raising the soil cation exchange capacity, thereby increasing the Ca sink size. This could be done by amending such soils with organic materials.

Dynamic causal modeling applied to fMRI data shows high reliability

Sensitivity, specificity, and reproducibility are vital to interpret neuroscientific results from functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiments. Here we examine the scan–rescan reliability of the percent signal change (PSC) and parameters estimated using Dynamic Causal Modeling (DCM) in scans taken in the same scan session, less than 5 min apart. We find fair to good reliability of PSC in regions that are involved with the task, and fair to excellent reliability with DCM. Also, the DCM analysis uncovers group differences that were not present in the analysis of PSC, which implies that DCM may be more sensitive to the nuances of signal changes in fMRI data.

Inter-simple sequence repeat and aggressiveness analyses revealed high genetic diversity, recombination and long-range dispersal in Fusarium culmorum

Inter-simple sequence repeat (ISSR) analysis and aggressiveness assays were used to investigate genetic variability within a global collection of Fusarium culmorum isolates. A set of four ISSR primers were tested, of which three primers amplified a total of 37 bands out of which 30 (81%) were polymorphic. The intraspecific diversity was high, ranging from four to 28 different ISSR genotypes for F. culmorum depending on the primer. The combined analysis of ISSR data revealed 59 different genotypes clustered into seven distinct clades amongst 75 isolates of F. culmorum examined. All the isolates were assayed to test their aggressiveness on a winter wheat cv. 'Armada'. A significant quantitative variation for aggressiveness was found among the isolates. The ISSR and aggressiveness variation existed on a macro- as well as micro-geographical scale. The data suggested a long-range dispersal of F. culmorum and indicated that this fungus may have been introduced into Canada from Europe. In addition to the high level of intraspecific diversity observed in F. culmorum, the index of multilocus association calculated using ISSR data indicated that reproduction in F. culmorum cannot be exclusively clonal and recombination is likely to occur.

Near real-time flood detection in urban and rural areas using high resolution Synthetic Aperture Radar images

A near real-time flood detection algorithm giving a synoptic overview of the extent of flooding in both urban and rural areas, and capable of working during night-time and day-time even if cloud was present, could be a useful tool for operational flood relief management. The paper describes an automatic algorithm using high resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) satellite data that builds on existing approaches, including the use of image segmentation techniques prior to object classification to cope with the very large number of pixels in these scenes. Flood detection in urban areas is guided by the flood extent derived in adjacent rural areas. The algorithm assumes that high resolution topographic height data are available for at least the urban areas of the scene, in order that a SAR simulator may be used to estimate areas of radar shadow and layover. The algorithm proved capable of detecting flooding in rural areas using TerraSAR-X with good accuracy, and in urban areas with reasonable accuracy. The accuracy was reduced in urban areas partly because of TerraSAR-X’s restricted visibility of the ground surface due to radar shadow and layover.

A near real-time algorithm for flood detection in urban and rural areas using high resolution Synthetic Aperture Radar images

A near real-time flood detection algorithm giving a synoptic overview of the extent of flooding in both urban and rural areas, and capable of working during night-time and day-time even if cloud was present, could be a useful tool for operational flood relief management and flood forecasting. The paper describes an automatic algorithm using high resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) satellite data that assumes that high resolution topographic height data are available for at least the urban areas of the scene, in order that a SAR simulator may be used to estimate areas of radar shadow and layover. The algorithm proved capable of detecting flooding in rural areas using TerraSAR-X with good accuracy, and in urban areas with reasonable accuracy.

Discrete demand side control performance under dynamic building simulation: a heat pump application

This study presents the findings of applying a Discrete Demand Side Control (DDSC) approach to the space heating of two case study buildings. High and low tolerance scenarios are implemented on the space heating controller to assess the impact of DDSC upon buildings with different thermal capacitances, light-weight and heavy-weight construction. Space heating is provided by an electric heat pump powered from a wind turbine, with a back-up electrical network connection in the event of insufficient wind being available when a demand occurs. Findings highlight that thermal comfort is maintained within an acceptable range while the DDSC controller maintains the demand/supply balance. Whilst it is noted that energy demand increases slightly, as this is mostly supplied from the wind turbine, this is of little significance and hence a reduction in operating costs and carbon emissions is still attained.

Near real-time flood detection in urban and rural areas using high resolution Synthetic Aperture Radar images

A near real-time flood detection algorithm giving a synoptic overview of the extent of flooding in both urban and rural areas, and capable of working during night-time and day-time even if cloud was present, could be a useful tool for operational flood relief management. The paper describes an automatic algorithm using high resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) satellite data that builds on existing approaches, including the use of image segmentation techniques prior to object classification to cope with the very large number of pixels in these scenes. Flood detection in urban areas is guided by the flood extent derived in adjacent rural areas. The algorithm assumes that high resolution topographic height data are available for at least the urban areas of the scene, in order that a SAR simulator may be used to estimate areas of radar shadow and layover. The algorithm proved capable of detecting flooding in rural areas using TerraSAR-X with good accuracy, classifying 89% of flooded pixels correctly, with an associated false positive rate of 6%. Of the urban water pixels visible to TerraSAR-X, 75% were correctly detected, with a false positive rate of 24%. If all urban water pixels were considered, including those in shadow and layover regions, these figures fell to 57% and 18% respectively.