Developing discontinuous Galerkin methods for the resolution of the incompressible Navier-Stokes equations

Informe de investigación elaborado a partir de una estancia en el Laboratorio de Diseño Computacional en Aeroespacial en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, entre noviembre de 2006 y agosto de 2007. La aerodinámica es una rama de la dinámica de fluidos referida al estudio de los movimientos de los líquidos o gases, cuya meta principal es predecir las fuerzas aerodinámicas en un avión o cualquier tipo de vehículo, incluyendo los automóviles. Las ecuaciones de Navier-Stokes representan un estado dinámico del equilibrio de las fuerzas que actúan en cualquier región dada del fluido. Son uno de los sistemas de ecuaciones más útiles porque describen la física de una gran cantidad de fenómenos como corrientes del océano, flujos alrededor de una superficie de sustentación, etc. En el contexto de una tesis doctoral, se está estudiando un flujo viscoso e incompresible, solucionando las ecuaciones de Navier- Stokes incompresibles de una manera eficiente. Durante la estancia en el MIT, se ha utilizado un método de Galerkin discontinuo para solucionar las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles usando, o bien un parámetro de penalti para asegurar la continuidad de los flujos entre elementos, o bien un método de Galerkin discontinuo compacto. Ambos métodos han dado buenos resultados y varios ejemplos numéricos se han simulado para validar el buen comportamiento de los métodos desarrollados. También se han estudiado elementos particulares, los elementos de Raviart y Thomas, que se podrían utilizar en una formulación mixta para obtener un algoritmo eficiente para solucionar problemas numéricos complejos.

The specificity of TRIM5 alpha-mediated restriction is influenced by its coiled-coil domain.

Retroviruses are both powerful evolutionary forces and dangerous threats to genome integrity. As such, they have imposed strong selective pressure on their hosts, notably triggering the emergence of restriction factors, such as TRIM5 alpha, that act as potent barriers to their cross-species transmission. TRIM5 alpha orthologues from different primates have distinct retroviral restriction patterns, largely dictated by the sequence of their C-terminal PRYSPRY domain, which binds the capsid protein of incoming virions. Here, by combining genetic and functional analyses of human and squirrel monkey TRIM5 alpha, we demonstrate that the coiled-coil domain of this protein, thus far essentially known for mediating oligomerization, also conditions the spectrum of antiretroviral activity. Furthermore, we identify three coiled-coil residues responsible for this effect, one of which has been under positive selection during primate evolution, notably in New World monkeys. These results indicate that the PRYSPRY and coiled-coil domains cooperate to determine the specificity of TRIM5 alpha-mediated capture of retroviral capsids, shedding new light on this complex event.

Inheritance of ductile and brittle structures in the development of large rock slope instabilities: Examples from western Norway

The high density of slope failures in western Norway is due to the steep relief and to the concentration of various structures that followed protracted ductile and brittle tectonics. On the 72 investigated rock slope instabilities, 13 were developed in soft weathered mafic and phyllitic allochthons. Only the intrinsic weakness of such rocks increases the susceptibility to gravitational deformation. In contrast, the gravitational structures in the hard gneisses reactivate prominent ductile or/and brittle fabrics. At 30 rockslides along cataclinal slopes, weak mafic layers of foliation are reactivated as basal planes. Slope-parallel steep foliation forms back-cracks of unstable columns. Folds are specifically present in the Storfjord area, together with a clustering of potential slope failures. Folding increases the probability of having favourably orientated planes with respect to the gravitational forces and the slope. High water pressure is believed to seasonally build up along the shallow-dipping Caledonian detachments and may contribute to destabilization of the rock slope upwards. Regional cataclastic faults localized the gravitational structures at 45 sites. The volume of the slope instabilities tends to increase with the amount of reactivated prominent structures and the spacing of the latter controls the size of instabilities.

Els agrocombustibles a Catalunya : proposta d'avaluació d'escenaris de futur

En els darrers temps el debat dels agrocombustibles s’ha caracteritzat per l’aparició d’incerteses científiques i la discussió dels impactes ambientals i socioeconòmics, sovint difícils de mesurar i quantificar, que es podrien derivar de la implementació de la política pública d’impuls d’aquesta nova font energètica. Els sistemes tradicionals d’avaluació experta i les eines de decisió polítiques es veuen limitats per trobar solucions als problemes ambientals complexes com és el dels agrocombustibles, ja que es basen en el coneixement disciplinari i la previsió, sense considerar de forma explícita les incerteses. En l’estudi del debat i del procés d’elaboració de la política pública s’ha percebut una manca d’espais de comunicació i presa de decisions estructurats i integradors. Davant d’aquest context, en aquest treball s’ha dissenyat un procés participatiu d’avaluació de la implementació de la política pública. La proposta elaborada consta d’uns escenaris de futur sobre l’aplicació dels agrocombustibles a Catalunya, que han de ser valorats de forma participativa en grups de discussió. La identificació de les variables determinants i els nous escenaris de futur que resulten del procés, esdevindrien la informació per a reiniciar un nou procés d’avaluació. L’aplicació de nous procediments i noves eines d’anàlisi pot ser útil per reestructurar el problema i fonamentar les decisions polítiques, per tal d’augmentar-ne l’eficàcia,la legitimitat, i assegurar-ne criteris social i ambientalment justos.

Augment de la resolució en la reconstrucció de les temperatures de l'aigua i de l'aire del llac Baikal (Sibèria) dels últims 60.000 anys

Aquest estudi consisteix en l’augment de la resolució en la reconstrucció de la temperatura de l’aigua i l’aire del llac Baikal durant els últims 60.000 anys mitjançant l’ús de les proxies de reconstrucció de la temperatura TEX86 i MAAT, i la d’aportació de matèria orgànica d’origen terrestre, el BIT. L’objectiu general d’aquesta investigació és incrementar la resolució temporal en el mostreig del testimoni CON-01-603-02 per tal de millorar el registre de dades obtingudes i d’aquesta manera poder contrastar la hipòtesi de la interconnexió climàtica global, així com identificar esdeveniments climàtics sobtats, tals com els Heinrich events i els esdeveniments D-O. Un cop obtinguts els resultats s’ha realitzat l’anàlisi de la qualitat i fiabilitat de les dades a les resolucions de 5, 10 i 20 Kanys, i es conclou que existeixen diferències globals estadísticament significatives amb els resultats realitzats per Escala et al., (r.n.p [resultats no publicats]), la resolució dels quals es volia augmentar. S’han tractat d’anular aquestes diferències restant o bé sumant la diferència mitjana obtinguda entre les dues mostres en cada un dels intervals de 5 Kanys en què s’han donat aquestes. Els resultats integrats d’Escala et al.,(r.n.p) i els d’aquest estudi, aporten dades que recolzen l’hipòtesi de la interconnexió climàtica global, ja que al comparar-los amb els registres climàtics de Grenlàndia (GRIP2) i l’Antàrtica (Vostok) mostren respostes similars tant per les forces de Milankovitch com per les de subMilankovitch.

Real time GPS precise positioning of LEO satellites

Report for the scientific sojourn at the German Aerospace Center (DLR) , Germany, during June and July 2006. The main objective of the two months stay has been to apply the techniques of LEO (Low Earth Orbiters) satellites GPS navigation which DLR currently uses in real time navigation. These techniques comprise the use of a dynamical model which takes into account the precise earth gravity field and models to account for the effects which perturb the LEO’s motion (such as drag forces due to earth’s atmosphere, solar pressure, due to the solar radiation impacting on the spacecraft, luni-solar gravity, due to the perturbation of the gravity field for the sun and moon attraction, and tidal forces, due to the ocean and solid tides). A high parameterized software was produced in the first part of work, which has been used to asses which accuracy could be reached exploring different models and complexities. The objective was to study the accuracy vs complexity, taking into account that LEOs at different heights have different behaviors. In this frame, several LEOs have been selected in a wide range of altitudes, and several approaches with different complexity have been chosen. Complexity is a very important issue, because processors onboard spacecrafts have very limited computing and memory resources, so it is mandatory to keep the algorithms simple enough to let the satellite process it by itself.

A musculoskeletal shoulder model based on pseudo-inverse and null-space optimization.

The goal of the present work was assess the feasibility of using a pseudo-inverse and null-space optimization approach in the modeling of the shoulder biomechanics. The method was applied to a simplified musculoskeletal shoulder model. The mechanical system consisted in the arm, and the external forces were the arm weight, 6 scapulo-humeral muscles and the reaction at the glenohumeral joint, which was considered as a spherical joint. The muscle wrapping was considered around the humeral head assumed spherical. The dynamical equations were solved in a Lagrangian approach. The mathematical redundancy of the mechanical system was solved in two steps: a pseudo-inverse optimization to minimize the square of the muscle stress and a null-space optimization to restrict the muscle force to physiological limits. Several movements were simulated. The mathematical and numerical aspects of the constrained redundancy problem were efficiently solved by the proposed method. The prediction of muscle moment arms was consistent with cadaveric measurements and the joint reaction force was consistent with in vivo measurements. This preliminary work demonstrated that the developed algorithm has a great potential for more complex musculoskeletal modeling of the shoulder joint. In particular it could be further applied to a non-spherical joint model, allowing for the natural translation of the humeral head in the glenoid fossa.

Gestión de cambios y proyectos

Moltes inversions corporatives actuals són destinades a la millora de la gestió del canvi. Aquestes inversions són motivades per una carència històrica entre el conjunt recursos humans i les noves tecnologies tal com va reflexar l'estudi del MIT en 1992. L’objectiu del projecte és analitzar la gestió del canvi i projectes des d’un put de vista poc conegut per els enginyers. Direcció de l'equip humà, Procés de qualitat industrial, Programació extrema, Anàlisi de la cobertura dels Sistemes d’informació d’una companyia segons la seva estructura i estratègia empresarial, El mercat i les seves forces competitives, el retorn de la inversió, el cicle PDCA d’un projecte d’inversió, entre d’altres.

Public Sector Pay in Finland

This study analyses the forces determining public and private sector pay in Finland. The data used is a 7 per cent sample taken from the Finnish 2001 census. It contains information on 42 680 male workers, of which 8 759 are employed in public and 33 921 in the private sector. The study documents and describes data by education, occupation and industry. We estimate earnings equations for the whole sample as well as for four industries (construction, real estate, transportation and health) that provide an adequate mix of both public and sector workers. The results suggest that the private-public sector pay gap of about one per cent can be accounted for by differences in observable characteristics between the sectors (3.4 per cent) and lower returns from these characteristics (-2.3 per cent). However, the industry-level analysis indicates that the earnings gaps vary across industries, and are negative in some cases. These inter-industry differences in public-private gaps persist even when the usual controls are introduced. This suggests that public sector wage setters need greater local flexibility, which should result in less uniform wages within the public sector.

Contact metamorphism and emplacement of the western Adamello tonalite

The geodynamic forces acting in the Earth's interior manifest themselves in a variety of ways. Volcanoes are amongst the most impressive examples in this respect, but like with an iceberg, they only represent the tip of a more extensive system hidden underground. This system consists of a source region where melt forms and accumulates, feeder connections in which magma is transported towards the surface, and different reservoirs where it is stored before it eventually erupts to form a volcano. A magma represents a mixture of melt and crystals. The latter can be extracted from the source region, or form anywhere along the path towards their final crystallization place. They will retain information of the overall plumbing system. The host rocks of an intrusion, in contrast, provide information at the emplacement level. They record the effects of thermal and mechanical forces imposed by the magma. For a better understanding of the system, both parts - magmatic and metamorphic petrology - have to be integrated. I will demonstrate in my thesis that information from both is complementary. It is an iterative process, using constraints from one field to better constrain the other. Reading the history of the host rocks is not always straightforward. This is shown in chapter two, where a model for the formation of clustered garnets observed in the contact aureole is proposed. Fragments of garnets, older than the intrusive rocks are overgrown by garnet crystallizing due to the reheating during emplacement of the adjacent pluton. The formation of the clusters is therefore not a single event as generally assumed but the result of a two-stage process, namely the alteration of the old grains and the overgrowth and amalgamation of new garnet rims. This makes an important difference when applying petrological methods such as thermobarometry, geochronology or grain size distributions. The thermal conditions in the aureole are a strong function of the emplacement style of the pluton. therefore it is necessary to understand the pluton before drawing conclusions about its aureole. A study investigating the intrusive rocks by means of field, geochemical, geochronologi- cal and structural methods is presented in chapter three. This provided important information about the assembly of the intrusion, but also new insights on the nature of large, homogeneous plutons and the structure of the plumbing system in general. The incremental nature of the emplacement of the Western Adamello tonalité is documented, and the existence of an intermediate reservoir beneath homogeneous plutons is proposed. In chapter four it is demonstrated that information extracted from the host rock provides further constraints on the emplacement process of the intrusion. The temperatures obtain by combining field observations with phase petrology modeling are used together with thermal models to constrain the magmatic activity in the immediate intrusion. Instead of using the thermal models to control the petrology result, the inverse is done. The model parameters were changed until a match with the aureole temperatures was obtained. It is shown, that only a few combinations give a positive match and that temperature estimates from the aureole can constrain the frequency of ancient magmatic systems. In the fifth chapter, the Anisotropy of Magnetic Susceptibility of intrusive rocks is compared to 3D tomography. The obtained signal is a function of the shape and distribution of ferromagnetic grains, and is often used to infer flow directions of magma. It turns out that the signal is dominated by the shape of the magnetic crystals, and where they form tight clusters, also by their distribution. This is in good agreement with the predictions made in the theoretical and experimental literature. In the sixth chapter arguments for partial melting of host rock carbonates are presented. While at first very surprising, this is to be expected when considering the prior results from the intrusive study and experiments from the literature. Partial melting is documented by compelling microstructures, geochemical and structural data. The necessary conditions are far from extreme and this process might be more frequent than previously thought. The carbonate melt is highly mobile and can move along grain boundaries, infiltrating other rocks and ultimately alter the existing mineral assemblage. Finally, a mineralogical curiosity is presented in chapter seven. The mineral assemblage magne§site and calcite is in apparent equilibrium. It is well known that these two carbonates are not stable together in the system Ca0-Mg0-Fe0-C02. Indeed, magnesite and calcite should react to dolomite during metamorphism. The presented explanation for this '"forbidden" assemblage is, that a calcite melt infiltrated the magnesite bearing rock along grain boundaries and caused the peculiar microstructure. This is supported by isotopie disequilibrium between calcite and magnesite. A further implication of partially molten carbonates is, that the host rock drastically looses its strength so that its physical properties may be comparable to the ones of the intrusive rocks. This contrasting behavior of the host rock may ease the emplacement of the intrusion. We see that the circle closes and the iterative process of better constraining the emplacement could start again. - La Terre est en perpétuel mouvement et les forces tectoniques associées à ces mouvements se manifestent sous différentes formes. Les volcans en sont l'un des exemples les plus impressionnants, mais comme les icebergs, les laves émises en surfaces ne représentent que la pointe d'un vaste système caché dans les profondeurs. Ce système est constitué d'une région source, région où la roche source fond et produit le magma ; ce magma peut s'accumuler dans cette région source ou être transporté à travers différents conduits dans des réservoirs où le magma est stocké. Ce magma peut cristalliser in situ et produire des roches plutoniques ou alors être émis en surface. Un magma représente un mélange entre un liquide et des cristaux. Ces cristaux peuvent être extraits de la source ou se former tout au long du chemin jusqu'à l'endroit final de cristallisation. L'étude de ces cristaux peut ainsi donner des informations sur l'ensemble du système magmatique. Au contraire, les roches encaissantes fournissent des informations sur le niveau d'emplacement de l'intrusion. En effet ces roches enregistrent les effets thermiques et mécaniques imposés par le magma. Pour une meilleure compréhension du système, les deux parties, magmatique et métamorphique, doivent être intégrées. Cette thèse a pour but de montrer que les informations issues de l'étude des roches magmatiques et des roches encaissantes sont complémentaires. C'est un processus itératif qui utilise les contraintes d'un domaine pour améliorer la compréhension de l'autre. Comprendre l'histoire des roches encaissantes n'est pas toujours aisé. Ceci est démontré dans le chapitre deux, où un modèle de formation des grenats observés sous forme d'agrégats dans l'auréole de contact est proposé. Des fragments de grenats plus vieux que les roches intru- sives montrent une zone de surcroissance générée par l'apport thermique produit par la mise en place du pluton adjacent. La formation des agrégats de grenats n'est donc pas le résultat d'un seul événement, comme on le décrit habituellement, mais d'un processus en deux phases, soit l'altération de vieux grains engendrant une fracturation de ces grenats, puis la formation de zone de surcroissance autour de ces différents fragments expliquant la texture en agrégats observée. Cette interprétation en deux phases est importante, car elle engendre des différences notables lorsque l'on applique des méthodes pétrologiques comme la thermobarométrie, la géochronologie ou encore lorsque l'on étudie la distribution relative de la taille des grains. Les conditions thermales dans l'auréole de contact dépendent fortement du mode d'emplacement de l'intrusion et c'est pourquoi il est nécessaire de d'abord comprendre le pluton avant de faire des conclusions sur son auréole de contact. Une étude de terrain des roches intrusives ainsi qu'une étude géochimique, géochronologique et structurale est présente dans le troisième chapitre. Cette étude apporte des informations importantes sur la formation de l'intrusion mais également de nouvelles connaissances sur la nature de grands plutons homogènes et la structure de système magmatique en général. L'emplacement incrémental est mis en évidence et l'existence d'un réservoir intermédiaire en-dessous des plutons homogènes est proposé. Le quatrième chapitre de cette thèse illustre comment utiliser l'information extraite des roches encaissantes pour expliquer la mise en place de l'intrusion. Les températures obtenues par la combinaison des observations de terrain et l'assemblage métamorphique sont utilisées avec des modèles thermiques pour contraindre l'activité magmatique au contact directe de cette auréole. Au lieu d'utiliser le modèle thermique pour vérifier le résultat pétrologique, une approche inverse a été choisie. Les paramètres du modèle ont été changés jusqu'à ce qu'on obtienne une correspondance avec les températures observées dans l'auréole de contact. Ceci montre qu'il y a peu de combinaison qui peuvent expliquer les températures et qu'on peut contraindre la fréquence de l'activité magmatique d'un ancien système magmatique de cette manière. Dans le cinquième chapitre, les processus contrôlant l'anisotropie de la susceptibilité magnétique des roches intrusives sont expliqués à l'aide d'images de la distribution des minéraux dans les roches obtenues par tomographie 3D. Le signal associé à l'anisotropie de la susceptibilité magnétique est une fonction de la forme et de la distribution des grains ferromagnétiques. Ce signal est fréquemment utilisé pour déterminer la direction de mouvement d'un magma. En accord avec d'autres études de la littérature, les résultats montrent que le signal est dominé par la forme des cristaux magnétiques, ainsi que par la distribution des agglomérats de ces minéraux dans la roche. Dans le sixième chapitre, une étude associée à la fusion partielle de carbonates dans les roches encaissantes est présentée. Si la présence de liquides carbonatés dans les auréoles de contact a été proposée sur la base d'expériences de laboratoire, notre étude démontre clairement leur existence dans la nature. La fusion partielle est documentée par des microstructures caractéristiques pour la présence de liquides ainsi que par des données géochimiques et structurales. Les conditions nécessaires sont loin d'être extrêmes et ce processus pourrait être plus fréquent qu'attendu. Les liquides carbonatés sont très mobiles et peuvent circuler le long des limites de grain avant d'infiltrer d'autres roches en produisant une modification de leurs assemblages minéralogiques. Finalement, une curiosité minéralogique est présentée dans le chapitre sept. L'assemblage de minéraux de magnésite et de calcite en équilibre apparent est observé. Il est bien connu que ces deux carbonates ne sont pas stables ensemble dans le système CaO-MgO-FeO-CO.,. En effet, la magnésite et la calcite devraient réagir et produire de la dolomite pendant le métamorphisme. L'explication présentée pour cet assemblage à priori « interdit » est que un liquide carbonaté provenant des roches adjacentes infiltre cette roche et est responsable pour cette microstructure. Une autre implication associée à la présence de carbonates fondus est que la roche encaissante montre une diminution drastique de sa résistance et que les propriétés physiques de cette roche deviennent comparables à celles de la roche intrusive. Cette modification des propriétés rhéologiques des roches encaissantes peut faciliter la mise en place des roches intrusives. Ces différentes études démontrent bien le processus itératif utilisé et l'intérêt d'étudier aussi bien les roches intrusives que les roches encaissantes pour la compréhension des mécanismes de mise en place des magmas au sein de la croûte terrestre.