Object recognition for autonomous objects: comparison of two approaches

Report for the scientific sojourn at the Swiss Federal Institute of Technology Zurich, Switzerland, between September and December 2007. In order to make robots useful assistants for our everyday life, the ability to learn and recognize objects is of essential importance. However, object recognition in real scenes is one of the most challenging problems in computer vision, as it is necessary to deal with difficulties. Furthermore, in mobile robotics a new challenge is added to the list: computational complexity. In a dynamic world, information about the objects in the scene can become obsolete before it is ready to be used if the detection algorithm is not fast enough. Two recent object recognition techniques have achieved notable results: the constellation approach proposed by Lowe and the bag of words approach proposed by Nistér and Stewénius. The Lowe constellation approach is the one currently being used in the robot localization project of the COGNIRON project. This report is divided in two main sections. The first section is devoted to briefly review the currently used object recognition system, the Lowe approach, and bring to light the drawbacks found for object recognition in the context of indoor mobile robot navigation. Additionally the proposed improvements for the algorithm are described. In the second section the alternative bag of words method is reviewed, as well as several experiments conducted to evaluate its performance with our own object databases. Furthermore, some modifications to the original algorithm to make it suitable for object detection in unsegmented images are proposed.

An interregional input-output analysis of the pollution content of trade flows and environmental trade balances between five states in the US Mid-West

In this paper we attempt an empirical application of the multi-region input-output (MRIO) method in order to enumerate the pollution content of interregional trade flows between five Mid-West regions/states in the US –Illinois, Indiana, Iowa, Michigan and Wisconsin – and the rest of the US. This allows us to analyse some very important issues in terms of the nature and significance of interregional environmental spillovers within the US Mid-West and the existence of pollution ‘trade balances’ between states. Our results raise questions in terms of the extent to which authorities at State level can control local emissions where they are limited in the way some emissions can be controlled, particularly with respect to changes in demand elsewhere in the Mid-West and US. This implies a need for policy co-ordination between national and state level authorities in the US to meet emissions reductions targets. The existence of an environmental trade balances between states also raises issues in terms of net losses/gains in terms of pollutants as a result of interregional trade within the US and whether, if certain activities can be carried out using less polluting technology in one region relative to others, it is better for the US as a whole if this type of relationship exists.

Changes in Running Mechanics and Spring-Mass Behaviour during a 5-km Time Trial

Research into the biomechanical manifestation of fatigue during exhaustive runs is increasingly popular but additional understanding of the adaptation of the spring-mass behaviour during the course of strenuous, self-paced exercises continues to be a challenge in order to develop optimized training and injury prevention programs. This study investigated continuous changes in running mechanics and spring-mass behaviour during a 5-km run. 12 competitive triathletes performed a 5-km running time trial (mean performance: 17 min 30 s) on a 200 m indoor track. Vertical and anterior-posterior ground reaction forces were measured every 200 m by a 5-m long force platform system, and used to determine spring-mass model characteristics. After a fast start, running velocity progressively decreased (- 11.6%; P<0.001) in the middle part of the race before an end spurt in the final 400-600 m. Stride length (- 7.4%; P<0.001) and frequency (- 4.1%; P=0.001) decreased over the 25 laps, while contact time (+ 8.9%; P<0.001) and total stride duration (+ 4.1%; P<0.001) progressively lengthened. Peak vertical forces (- 2.0%; P<0.01) and leg compression (- 4.3%; P<0.05), but not centre of mass vertical displacement (+ 3.2%; P>0.05), decreased with time. As a result, vertical stiffness decreased (- 6.0%; P<0.001) during the run, whereas leg stiffness changes were not significant (+ 1.3%; P>0.05). Spring-mass behaviour progressively changes during a 5-km time trial towards deteriorated vertical stiffness, which alters impact and force production characteristics.

Anatomy of contaminated aquifers of an industrial site: insights from the stable isotope compositions of waters and dissolved inorganic carbon

The hydrogen and oxygen isotopes of water and the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon (DIC) from different aquifers at an industrial site, highly contaminated by organic pollutants representing residues of the former gas production, have been used as natural tracers to characterize the hydrologic system. On the basis of their stable isotope compositions as well as the seasonal variations, different groups of waters (precipitation, surface waters, groundwaters and mineral waters) as well as seasonably variable processes of mixing between these waters can clearly be distinguished. In addition, reservoir effects and infiltration rates can be estimated. In the northern part of the site an influence of uprising mineral waters within the Quaternary aquifers, presumably along a fault zone, can be recognized. Marginal infiltration from the Neckar River in the cast and surface water infiltration adjacent to a steep hill on the western edge of the site with an infiltration rate of about one month can also be resolved through the seasonal variation. Quaternary aquifers closer to the centre of the site show no seasonal variations, except for one borehole close to a former mill channel and another borehole adjacent to a rain water channel. Distinct carbon isotope compositions and concentrations of DIC for these different groups of waters reflect variable influence of different components of the natural carbon cycle: dissolution of marine carbonates in the mineral waters, biogenic, soil-derived CO2 in ground- and surface waters, as well as additional influence of atmospheric CO2 for the surface waters. Many Quaternary aquifer waters have, however, distinctly lower delta(13)C(DIC) values and higher DIC concentrations compared to those expected for natural waters. Given the location of contaminated groundwaters at this site but also in the industrially well-developed valley outside of this site, the most likely source for the low C-13(DIC) values is a biodegradation of anthropogenic organic substances, in particular the tar oils at the site.

Determinació de la deposició atmosfèrica de metalls pesants a les Muntanyes de Prades (Tarragona) a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina i Hypnum cupressiforme

En aquest estudi s’ha determinat la deposició atmosfèrica de metalls pesants a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina (liquen) i Hypnum cupressiforme (molsa), en 16 punts de mostreig repartits per la zona on s’ubicarà el futur parc natural de les Muntanyes de Prades (Tarragona). A partir de la comparació de les concentracions obtingudes en aquest treball amb les d’altres estudis de plantejament equiparable, es va comprovar que la majoria de valors de concentració dels metalls eren similars als d’altres zones geogràfiques estudiades, a excepció del crom i el níquel, que presentaven valors clarament més elevats. A partir de proves estadístiques (ANOVA, regressions múltiples) es va determinar que existien diferències significatives entre les concentracions de metalls dels diferents punts de mostreig. També es van detectar correlacions significatives entre les concentracions dels punts de mostreig i la distància d’aquests respecte els focus potencials de contaminació que s’havien considerat prèviament. Amb les dades obtingudes a partir un petit anàlisi de la riquesa liquènica dels punts de mostreig, es va disposar d’informació extra per poder avaluar les fonts i el patró de distribució d’aquests contaminants.

Activités professionnelles et qualité de l'air des parcs de stationnement couvert : rapport d'expertise collective

[Table des matières] 1. Contexte, objet et modalités de traitement de la saisine. - 2. Préambule. - 3. Caractérisation des parcs de stationnement couverts et de leurs activités professionnelles en France (enquête Afsset). - 4. Observations de terrain et analyse d'activités professionnelles exercées dans les parcs de stationnement couverts (étude Anact). - 5. Evaluation des risques sanitaires. - 6. Recommandations. - Bibliographie. - Annexe 1 : Lettre de saisine. - Annexe 2 : Présentation des positions divergentes. - Annexe 3 : Synthèse des déclarations publiques d'intérêts des experts par rapport au champ de la saisine. - Annexe 4 : Réglementation et recommandations institutionnelles concernant la qualité de l'air dans les parcs de stationnement couverts, et l'hygiène et la sécurité des travailleurs. - Annexe 5 : Etude de coparly sur la mesure de polluants atmosphériques dans les parcs de stationnement - Informations générales. - Annexe 6 : Dépassement des valeurs cibles Afsset" limitant les risques pour la santé des travailleurs dans les parcs de stationnement (Coparly, 2009). - Annexe 7 : Enquête Asset - Méthode d'identification du code NAF le plus adapté. - Annexe 8 : Enquête Afsset - Questionnaire d'enquête. - Annexe 9 : Enquête Afsset - Villes d'implantation des parcs inclus dans l'étude. - Annexe 10 : Rapport de l'Anact : Activité professionnelle et qualité de l'air dans les parcs couverts de stationnement. - Annexe 11 : Résultats de mesures de la campagne du LCPP utilisés pour les scénarios d'exposition. - Annexe 12 : Résultats issus de l'enquête Afsset sur les activités professionnelles exercées dans les parcs de stationnement couverts. - Annexe 13 : Concentrations ubiquitaires dans différents "micro-environnements" (Afsset, 2007). - Annexe 14 : Facteurs d'abattement entre concentrations dans le local d'exploitation et dans le parc. - Annexe 15 : Limites des valeurs toxicologiques de référence (Afsset, 2007). - Annexe 16 : Exemples de solutions pour améliorer la qualité de l'air et réduire l'exposition des travailleurs.

Automatic front-crawl temporal phase detection using adaptive filtering of inertial signals

This study introduces a novel approach for automatic temporal phase detection and inter-arm coordination estimation in front-crawl swimming using inertial measurement units (IMUs). We examined the validity of our method by comparison against a video-based system. Three waterproofed IMUs (composed of 3D accelerometer, 3D gyroscope) were placed on both forearms and the sacrum of the swimmer. We used two underwater video cameras in side and frontal views as our reference system. Two independent operators performed the video analysis. To test our methodology, seven well-trained swimmers performed three 300 m trials in a 50 m indoor pool. Each trial was in a different coordination mode quantified by the index of coordination. We detected different phases of the arm stroke by employing orientation estimation techniques and a new adaptive change detection algorithm on inertial signals. The difference of 0.2 +/- 3.9% between our estimation and video-based system in assessment of the index of coordination was comparable to experienced operators' difference (1.1 +/- 3.6%). The 95% limits of agreement of the difference between the two systems in estimation of the temporal phases were always less than 7.9% of the cycle duration. The inertial system offers an automatic easy-to-use system with timely feedback for the study of swimming.

Seasonal distribution and diel biting patterns of culicine mosquitoes in Costa Marques, Rondônia, Brazil

A study of peridomestic man-biting culicines in the Amazon Basin was conducted from January through December, 1987. Fifteen species of mosquitoes from six genera were collected by volunters in all-night human-bait indoor and outdoor collections at five hoses in and near the town of Costa Marques, Rondônia, Brazil. Culex quinquefasciatus and members of the Mansonia titillans/indubitans Group comprised 61 and 33%, respectively, of all culcines collected from human-bait outside houses and 62 and 35%, respectively, of those collected from volunteers inside houses in the town. In rural areas, Cx. quinquefasciatus was less abundant and only comprised 2 and 5% of the culcines, respectively, collected inside and outside houses. Mansonia titillans/indubitans Group comprised 75% and 86% of the culicines collected inside and outside houses, respectively, from rural residences. Culex quinquefasciatus and members of Mn. titillans/indubitans Group were more endophilic than other culcines collected. Nocturnal and seasonal biting rhythms for the more common culcines are described

Burkholderia sartisoli sp. nov., isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil.

A Gram-negative, rod-shaped, aerobic bacterium, designated strain RP007(T), was isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil in New Zealand. Two additional strains were recovered from a compost heap in Belgium (LMG 18808) and from the rhizosphere of maize in the Netherlands (LMG 24204). The three strains had virtually identical 16S rRNA gene sequences and whole-cell protein profiles, and they were identified as members of the genus Burkholderia, with Burkholderia phenazinium as their closest relative. Strain RP007(T) had a DNA G+C content of 63.5 mol% and could be distinguished from B. phenazinium based on a range of biochemical characteristics. Strain RP007(T) showed levels of DNA-DNA relatedness towards the type strain of B. phenazinium and those of other recognized Burkholderia species of less than 30 %. The results of 16S rRNA gene sequence analysis, DNA-DNA hybridization experiments and physiological and biochemical tests allowed the differentiation of strain RP007(T) from all recognized species of the genus Burkholderia. Strains RP007(T), LMG 18808 and LMG 24204 are therefore considered to represent a single novel species of the genus Burkholderia, for which the name Burkholderia sartisoli sp. nov. is proposed. The type strain is RP007(T) (=LMG 24000(T) =CCUG 53604(T) =ICMP 13529(T)).

Transmission factors in malaria epidemiology and control in Africa

Genetic and environmental components of factors contributing in malaria transmission are reviewed. Particular attention is given to density dependent regulation of vector populations in relation to the survival rate anophelines. The expectation of vector activities are different according to the epidemiological characteristics of malaria, mainly its stability. In areas with perennial and high transmission (stable malaria) vector control could reduce malaria related morbidity and mortality, whithout any effect on the endemicity. However this need further investigations. In areas where the transmission period is very short (unstable malaria), vector control will have an important impact on the disease and the endemicity. Control projects using indoor spraying with insecticide and impregnated bed nets are discussed.

Experimentació amb un receptor software GPS-Galileo d'alta sensibilitat per a entorns interiors

Este proyecto se centra en el análisis de señales GPS, utilizando un receptor software desarrollado con Matlab en un proyecto de investigación para la Agencia Espacial Europea (ESA), llevado a cabo por parte del departamento de Telecomunicaciones e Ingeniería de Sistemas de la ETSE. Este software utiliza técnicas de procesado de señal de alta sensibilidad (HS-GNSS) que permite al usuario determinar su posición en entornos de difícil propagación como puede ser el caso de los escenarios interiores. Los datos experimentales se analizan en función del nivel de multipath que afecta a la señal de cada uno de los satélites, y la degradación que los escenarios interiores provocan en las señales, a causa del mobiliario, paredes, personas, etc. Para analizar los datos experimentales, se ha utilizado una métrica presentada en el congreso internacional EuCAP 2009, con la que es posible caracterizar las señales en función del nivel de multipath.

Adult abundance, biting behavior and parity of Anopheles aquasalis, Curry 1932 in two malarious areas of Sucre State, Venezuela

The principal vector of malaria in eastern Venezuela, Anopheles aquasalis, is exophagic and exophilic. Control using indoor insecticide house sprays has failed to lower the number of malaria cases. Therefore, studies were initiated in two villages of the eastern coastal state of Sucre to better understand this vector's biology and develop a more integrated control program. An. aquasalis was found to have a crepuscular biting behavior with a major peak at dusk and a minor peak at dawn. Mosquitos were collected more outdoors than indoors. Forty-seven percent of the biting took place before people went to bed (22:30 hr) and 69% of the mosquitos biting during this time period bite outdoors. Outdoor biting could be the reason why indoor spraying alone did not lower malaria cases. Seasonal abundance was greater in the rainy season compared to the dry season. Seasonal parous rates were high (78.3%-100%) and similar indoors and outdoors and between dry and wet season in Santa F e. In Guayana, the seasonal parity was lower (34.6%-42.2%) than Santa F e with indoor parity slightly higher than outdoors. Malaria cases were higher in Santa F e, but adult mosquito density was much lower than in Guayana. This difference could have been due to higher parity in Santa F e compared to Guayana. The greater distance to the nearest breeding site and presence of alternative hosts in Guayana can not be discounted as factors which contributed to the difference in malaria transmission between locations. We concluded that knowledge on seasonal occurrence, biting activity, resting behavior and breeding site location can be used to design a new control strategy for this vector.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

New developments and applications in modelling occupational exposure to airborne contaminants

Résumé: L'évaluation de l'exposition aux nuisances professionnelles représente une étape importante dans l'analyse de poste de travail. Les mesures directes sont rarement utilisées sur les lieux même du travail et l'exposition est souvent estimée sur base de jugements d'experts. Il y a donc un besoin important de développer des outils simples et transparents, qui puissent aider les spécialistes en hygiène industrielle dans leur prise de décision quant aux niveaux d'exposition. L'objectif de cette recherche est de développer et d'améliorer les outils de modélisation destinés à prévoir l'exposition. Dans un premier temps, une enquête a été entreprise en Suisse parmi les hygiénistes du travail afin d'identifier les besoins (types des résultats, de modèles et de paramètres observables potentiels). Il a été constaté que les modèles d'exposition ne sont guère employés dans la pratique en Suisse, l'exposition étant principalement estimée sur la base de l'expérience de l'expert. De plus, l'émissions de polluants ainsi que leur dispersion autour de la source ont été considérés comme des paramètres fondamentaux. Pour tester la flexibilité et la précision des modèles d'exposition classiques, des expériences de modélisations ont été effectuées dans des situations concrètes. En particulier, des modèles prédictifs ont été utilisés pour évaluer l'exposition professionnelle au monoxyde de carbone et la comparer aux niveaux d'exposition répertoriés dans la littérature pour des situations similaires. De même, l'exposition aux sprays imperméabilisants a été appréciée dans le contexte d'une étude épidémiologique sur une cohorte suisse. Dans ce cas, certains expériences ont été entreprises pour caractériser le taux de d'émission des sprays imperméabilisants. Ensuite un modèle classique à deux-zone a été employé pour évaluer la dispersion d'aérosol dans le champ proche et lointain pendant l'activité de sprayage. D'autres expériences ont également été effectuées pour acquérir une meilleure compréhension des processus d'émission et de dispersion d'un traceur, en se concentrant sur la caractérisation de l'exposition du champ proche. Un design expérimental a été développé pour effectuer des mesures simultanées dans plusieurs points d'une cabine d'exposition, par des instruments à lecture directe. Il a été constaté que d'un point de vue statistique, la théorie basée sur les compartiments est sensée, bien que l'attribution à un compartiment donné ne pourrait pas se faire sur la base des simples considérations géométriques. Dans une étape suivante, des données expérimentales ont été collectées sur la base des observations faites dans environ 100 lieux de travail différents: des informations sur les déterminants observés ont été associées aux mesures d'exposition des informations sur les déterminants observés ont été associé. Ces différentes données ont été employées pour améliorer le modèle d'exposition à deux zones. Un outil a donc été développé pour inclure des déterminants spécifiques dans le choix du compartiment, renforçant ainsi la fiabilité des prévisions. Toutes ces investigations ont servi à améliorer notre compréhension des outils des modélisations ainsi que leurs limitations. L'intégration de déterminants mieux adaptés aux besoins des experts devrait les inciter à employer cet outil dans leur pratique. D'ailleurs, en augmentant la qualité des outils des modélisations, cette recherche permettra non seulement d'encourager leur utilisation systématique, mais elle pourra également améliorer l'évaluation de l'exposition basée sur les jugements d'experts et, par conséquent, la protection de la santé des travailleurs. Abstract Occupational exposure assessment is an important stage in the management of chemical exposures. Few direct measurements are carried out in workplaces, and exposures are often estimated based on expert judgements. There is therefore a major requirement for simple transparent tools to help occupational health specialists to define exposure levels. The aim of the present research is to develop and improve modelling tools in order to predict exposure levels. In a first step a survey was made among professionals to define their expectations about modelling tools (what types of results, models and potential observable parameters). It was found that models are rarely used in Switzerland and that exposures are mainly estimated from past experiences of the expert. Moreover chemical emissions and their dispersion near the source have also been considered as key parameters. Experimental and modelling studies were also performed in some specific cases in order to test the flexibility and drawbacks of existing tools. In particular, models were applied to assess professional exposure to CO for different situations and compared with the exposure levels found in the literature for similar situations. Further, exposure to waterproofing sprays was studied as part of an epidemiological study on a Swiss cohort. In this case, some laboratory investigation have been undertaken to characterize the waterproofing overspray emission rate. A classical two-zone model was used to assess the aerosol dispersion in the near and far field during spraying. Experiments were also carried out to better understand the processes of emission and dispersion for tracer compounds, focusing on the characterization of near field exposure. An experimental set-up has been developed to perform simultaneous measurements through direct reading instruments in several points. It was mainly found that from a statistical point of view, the compartmental theory makes sense but the attribution to a given compartment could ñó~be done by simple geometric consideration. In a further step the experimental data were completed by observations made in about 100 different workplaces, including exposure measurements and observation of predefined determinants. The various data obtained have been used to improve an existing twocompartment exposure model. A tool was developed to include specific determinants in the choice of the compartment, thus largely improving the reliability of the predictions. All these investigations helped improving our understanding of modelling tools and identify their limitations. The integration of more accessible determinants, which are in accordance with experts needs, may indeed enhance model application for field practice. Moreover, while increasing the quality of modelling tool, this research will not only encourage their systematic use, but might also improve the conditions in which the expert judgments take place, and therefore the workers `health protection.