A new plant growth system rig based on thermodynamic solar energy: a study for energy efficiency assessment

At the present there is a high pressure toward the improvement of all production processes. Those improvements can target distinct factors along the production chain. In particular, and due to recent tight energy efficiency policies, those that involve energy efficiency. As can be expected, agricultural processes are not immune to this tendency. Even more when dealing with indoor productions. In this context, this work presents an innovative system that aims to improve the energy efficiency of a trees growing platform. This improvement in energy consumption is accomplished by replacing an electric heating system by one based on thermodynamic panels. The assessment of the heating fluid caudal and its temperature was experimentally obtained by means of a custom made scaled prototype whose actuators status are commanded by a Fuzzy-based controller. The obtained results suggest that the change in the heating paradigm will lead to overall savings that can easily reach 60% on the energy bill.

A Learning Function for Parameter Reduction in Spiking Neural Networks with Radial Basis Function

Spiking neural networks - networks that encode information in the timing of spikes - are arising as a new approach in the artificial neural networks paradigm, emergent from cognitive science. One of these new models is the pulsed neural network with radial basis function, a network able to store information in the axonal propagation delay of neurons. Learning algorithms have been proposed to this model looking for mapping input pulses into output pulses. Recently, a new method was proposed to encode constant data into a temporal sequence of spikes, stimulating deeper studies in order to establish abilities and frontiers of this new approach. However, a well known problem of this kind of network is the high number of free parameters - more that 15 - to be properly configured or tuned in order to allow network convergence. This work presents for the first time a new learning function for this network training that allow the automatic configuration of one of the key network parameters: the synaptic weight decreasing factor.

Retrievals of a size parameter for phytoplankton and spectral light absorption by colored detrital matter from water-leaving radiances at SeaWiFS channels in a continental shelf region off Brazil

Many efforts are currently oriented toward extracting more information from ocean color than the chlorophyll a concentration. Among biological parameters potentially accessible from space, estimates of phytoplankton cell size and light absorption by colored detrital matter (CDM) would lead to an indirect assessment of major components of the organic carbon pool in the ocean, which would benefit oceanic carbon budget models. We present here 2 procedures to retrieve simultaneously from ocean color measurements in a limited number of bands, magnitudes, and spectral shapes for both light absorption by CDM and phytoplankton, along with a size parameter for phytoplankton. The performance of the 2 procedures was evaluated using different data sets that correspond to increasing uncertainties: ( 1) measured absorption coefficients of phytoplankton, particulate detritus, and colored dissolved organic matter ( CDOM) and measured chlorophyll a concentrations and ( 2) SeaWiFS upwelling radiance measurements and chlorophyll a concentrations estimated from global algorithms. In situ data were acquired during 3 cruises, differing by their relative proportions in CDM and phytoplankton, over a continental shelf off Brazil. No local information was introduced in either procedure, to make them more generally applicable. Over the study area, the absorption coefficient of CDM at 443 nm was retrieved from SeaWiFS radiances with a relative root mean square error (RMSE) of 33%, and phytoplankton light absorption coefficients in SeaWiFS bands ( from 412 to 510 nm) were retrieved with RMSEs between 28% and 33%. These results are comparable to or better than those obtained by 3 published models. In addition, a size parameter of phytoplankton and the spectral slope of CDM absorption were retrieved with RMSEs of 17% and 22%, respectively. If these methods are applied at a regional scale, the performances could be substantially improved by locally tuning some empirical relationships.

ARL1 of the Attribute c Control Chart with Estimated Parameter

International audience

Thermodynamic calculations for the salt crystallisation damage in porous built heritage using PHREEQC

This work considers the crystallisation mechanisms of the most common and aggressive salts that generate stress in porous building stones as a result of changing ambient conditions. These mechanisms include the salt crystallisation that result from decreasing relative humidity and changes in temperature and, in hydrated salts, the dissolution of the lower hydrated form and the subsequent precipitation of the hydrated salt. We propose a new methodology for thermodynamic calculations using PHREEQC that includes these crystallisation mechanisms. This approach permits the calculation of the equilibrium relative humidity and the parameterization of the critical relative humidity and crystallisation pressures for the dissolution–precipitation transitions. The influence of other salts on the effectives of salt crystallisation and chemical weathering is also assessed. We review the sodium and magnesium sulphate and sodium chloride systems, in both single and multicomponent solutions, and they are compared to the sodium carbonate and calcium carbonate systems. The variation of crystallisation pressure, the formation of new minerals and the chemical dissolution by the presence of other salts is also evaluated. Results for hydrated salt systems show that high crystallisation pressures are possible as lower hydrated salts dissolve and more hydrated salts precipitate. High stresses may be also produced by decreasing temperature, although it requires that porous materials are wet for long periods of time. The presence of other salts changes the temperature and relative humidity of salt transitions that generates stress rather than reducing the pressure of crystallisation, if any salt has previously precipitated. Several practical conclusions derive from proposed methodology and provide conservators and architects with information on the potential weathering activity of soluble salts. Furthermore, the model calculations might be coupled with projections of future climate to give as improved understanding of the likely changes in the frequency of phase transitions in salts within porous stone.

Systematic Improvement of Density Functionals through Parameter-Free Hybridization Schemes

It is suggested here that the ultimate accuracy of DFT methods arises from the type of hybridization scheme followed. This idea can be cast into a mathematical formulation utilizing an integrand connecting the noninteracting and the interacting particle system. We consider two previously developed models for it, dubbed as HYB0 and QIDH, and assess a large number of exchange-correlation functionals against the AE6, G2/148, and S22 reference data sets. An interesting consequence of these hybridization schemes is that the error bars, including the standard deviation, are found to markedly decrease with respect to the density-based (nonhybrid) case. This improvement is substantially better than variations due to the underlying density functional used. We thus finally hypothesize about the universal character of the HYB0 and QIDH models.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Thermodynamic Analysis of Rare Earth Chlorination and Bromination Processes

Research funded by the Army Research Laboratory (ARL), the Metallurgical and Materials Engineering Department at Montana Tech investigated various methods of extracting and refining rare earth elements (REEs) from mineral ores and concentrates. Extensive thermodynamic, thermogravimetric and differential thermal analyses were performed to evaluate the relative stabilities of various REE compounds in order to assess potential methods for selective separation and recovery of specific REEs. Conversion of rare earth oxides (REO) to rare earth chlorides or bromides is a possible initial step in pyrometallurgical and hydrometallurgical processing of REEs. REO can be converted to chlorides or bromides by roasting in the presence of a chloridizing or bromidizing reactant. (e.g. NH4Cl and NH4Br).

DEVELOPMENT OF PRECIPITATION HARDENABLE AL-SC-ZR-HF QUATERNARY ALLOYS THROUGH THERMODYNAMIC MODELING, AND ROOM-TEMPERATURE AND ELEVATED TEMPERATURE HARDNESS

Aluminum alloyed with small atomic fractions of Sc, Zr, and Hf has been shown to exhibit high temperature microstructural stability that may improve high temperature mechanical behavior. These quaternary alloys were designed using thermodynamic modeling to increase the volume fraction of precipitated tri-aluminide phases to improve thermal stability. When aged during a multi-step, isochronal heat treatment, two compositions showed a secondary room-temperature hardness peak up to 700 MPa at 450°C. Elevated temperature hardness profiles also indicated an increase in hardness from 200-300°C, attributed to the precipitation of Al3Sc, however, no secondary hardness response was observed from the Al3Zr or Al3Hf phases in this alloy.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Surface irregularity factor as a parameter to evaluate the fatigue damage state of CFRP

This work presents an optical non-contact technique to evaluate the fatigue damage state of CFRP structures measuring the irregularity factor of the surface. This factor includes information about surface topology and can be measured easily on field, by techniques such as optical perfilometers. The surface irregularity factor has been correlated with stiffness degradation, which is a well-accepted parameter for the evaluation of the fatigue damage state of composite materials. Constant amplitude fatigue loads (CAL) and realistic variable amplitude loads (VAL), representative of real in- flight conditions, have been applied to “dog bone” shaped tensile specimens. It has been shown that the measurement of the surface irregularity parameters can be applied to evaluate the damage state of a structure, and that it is independent of the type of fatigue load that has caused the damage. As a result, this measurement technique is applicable for a wide range of inspections of composite material structures, from pressurized tanks with constant amplitude loads, to variable amplitude loaded aeronautical structures such as wings and empennages, up to automotive and other industrial applications.

Impact of single parameter changes on Ceph cloud storage performance

In a general purpose cloud system efficiencies are yet to be had from supporting diverse applications and their requirements within a storage system used for a private cloud. Supporting such diverse requirements poses a significant challenge in a storage system that supports fine grained configuration on a variety of parameters. This paper uses the Ceph distributed file system, and in particular its global parameters, to show how a single changed parameter can effect the performance for a range of access patterns when tested with an OpenStack cloud system.