MSSM Higgs boson decays to bottom quark pairs reexamined

We present an update of neutral Higgs boson decays into bottom quark pairs in the minimal supersymmetric extension of the standard model. In particular the resummation of potentially large higher-order corrections due to the soft supersymmetry (SUSY) breaking parameters Ab and is extended. The remaining theoretical uncertainties due to unknown higher-order SUSY-QCD corrections are analyzed quantitatively.

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

Percolation and epidemic thresholds in clustered networks

We develop a theoretical approach to percolation in random clustered networks. We find that, although clustering in scale-free networks can strongly affect some percolation properties, such as the size and the resilience of the giant connected component, it cannot restore a finite percolation threshold. In turn, this implies the absence of an epidemic threshold in this class of networks, thus extending this result to a wide variety of real scale-free networks which shows a high level of transitivity. Our findings are in good agreement with numerical simulations.

Scaling and data collapse for the mean exit time of asset prices

We study theoretical and empirical aspects of the mean exit time (MET) of financial time series. The theoretical modeling is done within the framework of continuous time random walk. We empirically verify that the mean exit time follows a quadratic scaling law and it has associated a prefactor which is specific to the analyzed stock. We perform a series of statistical tests to determine which kind of correlation are responsible for this specificity. The main contribution is associated with the autocorrelation property of stock returns. We introduce and solve analytically both two-state and three-state Markov chain models. The analytical results obtained with the two-state Markov chain model allows us to obtain a data collapse of the 20 measured MET profiles in a single master curve.

Clustering in complex networks. I. General formalism

We develop a full theoretical approach to clustering in complex networks. A key concept is introduced, the edge multiplicity, that measures the number of triangles passing through an edge. This quantity extends the clustering coefficient in that it involves the properties of two¿and not just one¿vertices. The formalism is completed with the definition of a three-vertex correlation function, which is the fundamental quantity describing the properties of clustered networks. The formalism suggests different metrics that are able to thoroughly characterize transitive relations. A rigorous analysis of several real networks, which makes use of this formalism and the metrics, is also provided. It is also found that clustered networks can be classified into two main groups: the weak and the strong transitivity classes. In the first class, edge multiplicity is small, with triangles being disjoint. In the second class, edge multiplicity is high and so triangles share many edges. As we shall see in the following paper, the class a network belongs to has strong implications in its percolation properties.

Discretized integral hydrodynamics

Using an interpolant form for the gradient of a function of position, we write an integral version of the conservation equations for a fluid. In the appropriate limit, these become the usual conservation laws of mass, momentum, and energy. We also discuss the special cases of the Navier-Stokes equations for viscous flow and the Fourier law for thermal conduction in the presence of hydrodynamic fluctuations. By means of a discretization procedure, we show how the integral equations can give rise to the so-called particle dynamics of smoothed particle hydrodynamics and dissipative particle dynamics.

Generalized percolation in random directed networks

We develop a general theory for percolation in directed random networks with arbitrary two-point correlations and bidirectional edgesthat is, edges pointing in both directions simultaneously. These two ingredients alter the previously known scenario and open new views and perspectives on percolation phenomena. Equations for the percolation threshold and the sizes of the giant components are derived in the most general case. We also present simulation results for a particular example of uncorrelated network with bidirectional edges confirming the theoretical predictions.

Static structure and dynamics of the liquid Li-Na and Li-Mg alloys

We present calculations for the static structure and ordering properties of two lithium-based s-p bonded liquid alloys, Li-Na and Li-Mg. Our theoretical approach is based on the neutral pseudoatom method to derive the interatomic pair potentials, and on the modified-hypernetted-chain theory of liquids to obtain the liquid static structure, leading to a whole combination that is free of adjustable parameters. The study is complemented by performing molecular dynamics simulations which, besides checking the theoretical static structural results, also allow a calculation of some dynamical properties. The obtained results are compared with the available experimental data.

Properties of resonant activation phenomena

The phenomenon of resonant activation of a Brownian particle over a fluctuating barrier is revisited. We discuss the important distinctions between barriers that can fluctuate among up and down configurations, and barriers that are always up but that can fluctuate among different heights. A resonance as a function of the barrier fluctuation rate is found in both cases, but the nature and physical description of these resonances is quite distinct. The nature of the resonances, the physical basis for the resonant behavior, and the importance of boundary conditions are discussed in some detail. We obtain analytic expressions for the escape time over the barrier that explicitly capture the minima as a function of the barrier fluctuation rate, and show that our analytic results are in excellent agreement with numerical results.

Self-dynamic structure factor of dense liquids: Theory and simulation

The self-intermediate dynamic structure factor Fs(k,t) of liquid lithium near the melting temperature is calculated by molecular dynamics. The results are compared with the predictions of several theoretical approaches, paying special attention to the Lovesey model and the Wahnstrm and Sjgren mode-coupling theory. To this end the results for the Fs(k,t) second memory function predicted by both models are compared with the ones calculated from the simulations.

Adsorption kinetics in the presence of external fields

In this article we present a detailed analysis of the kinetics of a class of sequential adsorption models that take into account the effect of externally applied fields (as an electric field, or a shear rate) on the adsorption. The excluded volume interactions related to the finite size of the adsorbing particles are modified by the external fields. As a result, new adsorption mechanisms appear with respect to the ones used to describe the kinetics in a quiescent fluid. In particular, if the adsorbing particles are allowed to roll over preadsorbed ones, adsorption becomes non local even in the simplest geometry. An exact analytic theory cannot be developed, but we introduce a self-consistent theory that turns out to agree with the simulation results over all the range of the parameters.

Non independent continuous-time random walks

The usual development of the continuous-time random walk (CTRW) assumes that jumps and time intervals are a two-dimensional set of independent and identically distributed random variables. In this paper, we address the theoretical setting of nonindependent CTRWs where consecutive jumps and/or time intervals are correlated. An exact solution to the problem is obtained for the special but relevant case in which the correlation solely depends on the signs of consecutive jumps. Even in this simple case, some interesting features arise, such as transitions from unimodal to bimodal distributions due to correlation. We also develop the necessary analytical techniques and approximations to handle more general situations that can appear in practice.

BEYOND THE “LEAST LIMITING WATER RANGE”: RETHINKING SOIL PHYSICS RESEARCH IN BRAZIL

As opposed to objective definitions in soil physics, the subjective term “soil physical quality” is increasingly found in publications in the soil physics area. A supposed indicator of soil physical quality that has been the focus of attention, especially in the Brazilian literature, is the Least Limiting Water Range (RLL), translated in Portuguese as "Intervalo Hídrico Ótimo" or IHO. In this paper the four limiting water contents that define RLLare discussed in the light of objectively determinable soil physical properties, pointing to inconsistencies in the RLLdefinition and calculation. It also discusses the interpretation of RLL as an indicator of crop productivity or soil physical quality, showing its inability to consider common phenological and pedological boundary conditions. It is shown that so-called “critical densities” found by the RLL through a commonly applied calculation method are questionable. Considering the availability of robust models for agronomy, ecology, hydrology, meteorology and other related areas, the attractiveness of RLL as an indicator to Brazilian soil physicists is not related to its (never proven) effectiveness, but rather to the simplicity with which it is dealt. Determining the respective limiting contents in a simplified manner, relegating the study or concern on the actual functioning of the system to a lower priority, goes against scientific construction and systemic understanding. This study suggests a realignment of the research in soil physics in Brazil with scientific precepts, towards mechanistic soil physics, to replace the currently predominant search for empirical correlations below the state of the art of soil physics.