Estimation of water percolation by different methods using TDR

Detailed knowledge on water percolation into the soil in irrigated areas is fundamental for solving problems of drainage, pollution and the recharge of underground aquifers. The aim of this study was to evaluate the percolation estimated by time-domain-reflectometry (TDR) in a drainage lysimeter. We used Darcy's law with K(θ) functions determined by field and laboratory methods and by the change in water storage in the soil profile at 16 points of moisture measurement at different time intervals. A sandy clay soil was saturated and covered with plastic sheet to prevent evaporation and an internal drainage trial in a drainage lysimeter was installed. The relationship between the observed and estimated percolation values was evaluated by linear regression analysis. The results suggest that percolation in the field or laboratory can be estimated based on continuous monitoring with TDR, and at short time intervals, of the variations in soil water storage. The precision and accuracy of this approach are similar to those of the lysimeter and it has advantages over the other evaluated methods, of which the most relevant are the possibility of estimating percolation in short time intervals and exemption from the predetermination of soil hydraulic properties such as water retention and hydraulic conductivity. The estimates obtained by the Darcy-Buckingham equation for percolation levels using function K(θ) predicted by the method of Hillel et al. (1972) provided compatible water percolation estimates with those obtained in the lysimeter at time intervals greater than 1 h. The methods of Libardi et al. (1980), Sisson et al. (1980) and van Genuchten (1980) underestimated water percolation.

Application of fuzzy-rule-based postprocessing to correlation methods in pattern recognition

One of the most important problems in optical pattern recognition by correlation is the appearance of sidelobes in the correlation plane, which causes false alarms. We present a method that eliminate sidelobes of up to a given height if certain conditions are satisfied. The method can be applied to any generalized synthetic discriminant function filter and is capable of rejecting lateral peaks that are even higher than the central correlation. Satisfactory results were obtained in both computer simulations and optical implementation.

A review of methods for assessment of coronary microvascular disease in both clinical and experimental settings.

Obstructive disease of the large coronary arteries is the prominent cause for angina pectoris. However, angina may also occur in the absence of significant coronary atherosclerosis or coronary artery spasm, especially in women. Myocardial ischaemia in these patients is often associated with abnormalities of the coronary microcirculation and may thus represent a manifestation of coronary microvascular disease (CMD). Elucidation of the role of the microvasculature in the genesis of myocardial ischaemia and cardiac damage-in the presence or absence of obstructive coronary atherosclerosis-will certainly result in more rational diagnostic and therapeutic interventions for patients with ischaemic heart disease. Specifically targeted research based on improved assessment modalities is needed to improve the diagnosis of CMD and to translate current molecular, cellular, and physiological knowledge into new therapeutic options.

Correction of aberration in holographic optical tweezers using a Shack-Hartmann sensor

Optical aberration due to the nonflatness of spatial light modulators used in holographic optical tweezers significantly deteriorates the quality of the trap and may easily prevent stable trapping of particles. We use a Shack-Hartmann sensor to measure the distorted wavefront at the modulator plane; the conjugate of this wavefront is then added to the holograms written into the display to counteract its own curvature and thus compensate the optical aberration of the system. For a Holoeye LC-R 2500 reflective device, flatness is improved from 0.8¿ to ¿/16 (¿=532 nm), leading to a diffraction-limited spot at the focal plane of the microscope objective, which makes stable trapping possible. This process could be fully automated in a closed-loop configuration and would eventually allow other sources of aberration in the optical setup to be corrected for.

Influence of digestion methods on the recovery of Iron, Zinc, Nickel, Chromium, Cadmium and Lead contents in 11 organic residues

There are currently many devices and techniques to quantify trace elements (TEs) in various matrices, but their efficacy is dependent on the digestion methods (DMs) employed in the opening of such matrices which, although "organic", present inorganic components which are difficult to solubilize. This study was carried out to evaluate the recovery of Fe, Zn, Cr, Ni, Cd and Pb contents in samples of composts and cattle, horse, chicken, quail, and swine manures, as well as in sewage sludges and peat. The DMs employed were acid digestion in microwaves with HNO3 (EPA 3051A); nitric-perchloric digestion with HNO3 + HClO4 in a digestion block (NP); dry ashing in a muffle furnace and solubilization of residual ash in nitric acid (MDA); digestion by using aqua regia solution (HCl:HNO3) in the digestion block (AR); and acid digestion with HCl and HNO3 + H2O2 (EPA 3050). The dry ashing method led to the greatest recovery of Cd in organic residues, but the EPA 3050 protocol can be an alternative method for the same purpose. The dry ashing should not be employed to determine the concentration of Cr, Fe, Ni, Pb and Zn in the residues. Higher Cr and Fe contents are recovered when NP and EPA 3050 are employed in the opening of organic matrices. For most of the residues analyzed, AR is the most effective method for recovering Ni. Microwave-assisted digestion methods (EPA3051 and 3050) led to the highest recovery of Pb. The choice of the DM that provides maximum recovery of Zn depends on the organic residue and trace element analyzed.

Agency Fact Sheet, Department of Correction, FY2004

This document produced by the Iowa Department of Administrative Services has been developed to provide a multitude of information about executive branch agencies/department on a single sheet of paper. The facts provides general information, contact information, workforce data, leave and benefits information and affirmative action data.

Plant-available soil water capacity: estimation methods and implications

The plant-available water capacity of the soil is defined as the water content between field capacity and wilting point, and has wide practical application in planning the land use. In a representative profile of the Cerrado Oxisol, methods for estimating the wilting point were studied and compared, using a WP4-T psychrometer and Richards chamber for undisturbed and disturbed samples. In addition, the field capacity was estimated by the water content at 6, 10, 33 kPa and by the inflection point of the water retention curve, calculated by the van Genuchten and cubic polynomial models. We found that the field capacity moisture determined at the inflection point was higher than by the other methods, and that even at the inflection point the estimates differed, according to the model used. By the WP4-T psychrometer, the water content was significantly lower found the estimate of the permanent wilting point. We concluded that the estimation of the available water holding capacity is markedly influenced by the estimation methods, which has to be taken into consideration because of the practical importance of this parameter.

Comparison of digestion methods to determine heavy metals in fertilizers

The lack of a standard method to regulate heavy metal determination in Brazilian fertilizers and the subsequent use of several digestion methods have produced variations in the results, hampering interpretation. Thus, the aim of this study was to compare the effectiveness of three digestion methods for determination of metals such as Cd, Ni, Pb, and Cr in fertilizers. Samples of 45 fertilizers marketed in northeastern Brazil were used. A fertilizer sample with heavy metal contents certified by the US National Institute of Standards and Technology (NIST) was used as control. The following fertilizers were tested: rock phosphate; organo-mineral fertilizer with rock phosphate; single superphosphate; triple superphosphate; mixed N-P-K fertilizer; and fertilizer with micronutrients. The substances were digested according to the method recommended by the Ministry for Agriculture, Livestock and Supply of Brazil (MAPA) and by the two methods 3051A and 3052 of the United States Environmental Protection Agency (USEPA). By the USEPA method 3052, higher portions of the less soluble metals such as Ni and Pb were recovered, indicating that the conventional digestion methods for fertilizers underestimate the total amount of these elements. The results of the USEPA method 3051A were very similar to those of the method currently used in Brazil (Brasil, 2006). The latter is preferable, in view of the lower cost requirement for acids, a shorter digestion period and greater reproducibility.

Comparing connectomes across subjects and populations at different scales.

Brain connectivity can be represented by a network that enables the comparison of the different patterns of structural and functional connectivity among individuals. In the literature, two levels of statistical analysis have been considered in comparing brain connectivity across groups and subjects: 1) the global comparison where a single measure that summarizes the information of each brain is used in a statistical test; 2) the local analysis where a single test is performed either for each node/connection which implies a multiplicity correction, or for each group of nodes/connections where each subset is summarized by one single test in order to reduce the number of tests to avoid a penalizing multiplicity correction. We comment on the different levels of analysis and present some methods that have been proposed at each scale. We highlight as well the possible factors that could influence the statistical results and the questions that have to be addressed in such an analysis.

Sunitinib-eluting beads for chemoembolization: methods for in vitro evaluation of drug release.

Drug-eluting microspheres are used for embolization of hypervascular tumors and allow for local controlled drug release. Although the drug release from the microspheres relies on fast ion-exchange, so far only slow-releasing in vitro dissolution methods have been correlated to in vivo data. Three in vitro release methods are assessed in this study for their potential to predict slow in vivo release of sunitinib from chemoembolization spheres to the plasma, and fast local in vivo release obtained in an earlier study in rabbits. Release in an orbital shaker was slow (t50%=4.5h, 84% release) compared to fast release in USP 4 flow-through implant cells (t50%=1h, 100% release). Sunitinib release in saline from microspheres enclosed in dialysis inserts was prolonged and incomplete (t50%=9 days, 68% release) due to low drug diffusion through the dialysis membrane. The slow-release profile fitted best to low sunitinib plasma AUC following injection of sunitinib-eluting spheres. Although limited by lack of standardization, release in the orbital shaker fitted best to local in vivo sunitinib concentrations. Drug release in USP flow-through implant cells was too fast to correlate with local concentrations, although this method is preferred to discriminate between different sphere types.

Heat kernels and thermodynamics in Rindler space

We point out that using the heat kernel on a cone to compute the first quantum correction to the entropy of Rindler space does not yield the correct temperature dependence. In order to obtain the physics at arbitrary temperature one must compute the heat kernel in a geometry with different topology (without a conical singularity). This is done in two ways, which are shown to agree with computations performed by other methods. Also, we discuss the ambiguities in the regularization procedure and their physical consequences.

Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.

Dépistage: principes et méthodes. [Screening: principles and methods].

The concept of early detection to then intervene and improve the prognostic seems straightforward. Applied to asymptomatic subjects, this concept--screening--is rather complex. This review presents the rational and fundamental principles of screening. It underscores the fundamental principles related to the disease and to the screening test considered, the importance of considering screening as a program rather than a test only, and the validity of measures used to evaluate the efficacy of screening. Lastly, it reviews the most frequently bias encountered in screening studies and interpretations.

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

Impact of a smoking ban in hospitality venues on second hand smoke exposure: a comparison of exposure assessment methods

BACKGROUND: In May 2010, Switzerland introduced a heterogeneous smoking ban in the hospitality sector. While the law leaves room for exceptions in some cantons, it is comprehensive in others. This longitudinal study uses different measurement methods to examine airborne nicotine levels in hospitality venues and the level of personal exposure of non-smoking hospitality workers before and after implementation of the law. METHODS: Personal exposure to second hand smoke (SHS) was measured by three different methods. We compared a passive sampler called MoNIC (Monitor of NICotine) badge, to salivary cotinine and nicotine concentration as well as questionnaire data. Badges allowed the number of passively smoked cigarettes to be estimated. They were placed at the venues as well as distributed to the participants for personal measurements. To assess personal exposure at work, a time-weighted average of the workplace badge measurements was calculated. RESULTS: Prior to the ban, smoke-exposed hospitality venues yielded a mean badge value of 4.48 (95%-CI: 3.7 to 5.25; n = 214) cigarette equivalents/day. At follow-up, measurements in venues that had implemented a smoking ban significantly declined to an average of 0.31 (0.17 to 0.45; n = 37) (p = 0.001). Personal badge measurements also significantly decreased from an average of 2.18 (1.31-3.05 n = 53) to 0.25 (0.13-0.36; n = 41) (p = 0.001). Spearman rank correlations between badge exposure measures and salivary measures were small to moderate (0.3 at maximum). CONCLUSIONS: Nicotine levels significantly decreased in all types of hospitality venues after implementation of the smoking ban. In-depth analyses demonstrated that a time-weighted average of the workplace badge measurements represented typical personal SHS exposure at work more reliably than personal exposure measures such as salivary cotinine and nicotine.