Science & Mathematics

We are pleased to present a selection of papers presented at the Water Is in the Air workshop, held 25-26 June 2012 in Marseille, France. Recognizing that water is at the core of many economic, social and political issues as well as cultural and symbolic ones, the workshop presented and discussed trans-disciplinary topics, using artistic and scientific projects about water as case studies.

Fleury Richard was a colorist painter of the early 19th century. He practiced the oil technique inspired by the Renaissance at a time when advances in chemistry were introducing many new synthetic pigments. His color-mixing cabinet has been kept intact at the Musée des Beaux Arts de Lyon. This original study is based on the analysis of more than 40 color powders using different spectroscopic techniques (X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and Raman spectroscopy), color index estimation, and the comparison of the results obtained from three pictural works painted by the artist. It allows us (i) to identify and reference the pigmented powders and pictural choices in connection with historical manuscripts describing the artist's practice, and (ii) to identify the most judicious analysis methods and question the difficulty of analyzing paintings in a non-destructive way, where pigments are put into a matrix and mixed.

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale de l’humain et un pathogène opportuniste majeur pouvant causer un large spectre d’infections telles que les infections ostéo-articulaires (IOA). Elles présentent un fort taux de morbidité et de mortalité ainsi que de rechute et de chronicisation. Des mécanismes d’échappement confèrent à S. aureus une protection mécanique à l’action du système immunitaire et des antibiotiques tels que son internalisation dans les cellules osseuses, notamment les ostéoblastes. Ce mécanisme pourrait exacerber les échecs thérapeutiques. L’implication de l’internalisation et de la survie de S. aureus dans les cellules osseuses au cours des IOA manque de supports notamment par la difficulté d’isolement et d’observation des cellules infectées. Le premier objectif de ma thèse a donc été de développer un modèle d’étude in cellulo afin de déchiffrer les paramètres d’infection et la dynamique de réplication de S. aureus par microscopie photonique à fluorescence. L’hétérogénéité, entre individu et souche dépendante, de la vie intraostéoblastique de S. aureus a ainsi pu être mise en lumière. Les ostéoblastes ont été la niche de S. aureus exclusivement non réplicatifs (I), ou d’au moins un S. aureus quittant la quiescence et engendrant une phase réplicative lente (II), ou rapide dite classique (IIIa) caractérisée par l’éclatement de l’ostéoblaste et le relargage des S. aureus, ou non-conventionnelle (IIIb) ou avortée (IIIc). La combinaison des rifamycines et des fluoroquinolones démontre une supériorité dans le traitement des IOA sur prothèses. Cependant, l’éradication complète de S. aureus intraostéoblastique n’est jamais atteinte in vitro quel que soit l’antibiotique et sa concentration utilisé. Le second objectif de ma thèse a donc été de déchiffrer la dynamique de réplication des survivants de S. aureus intraostéoblastique à un traitement de rifampicine et/ou de ciprofloxacine à concentrations cliniques. La ciprofloxacine créé un réservoir de S. aureus réplicatifs au sein de structures circulaires probablement par une efficacité réduite, tandis que les survivants à la rifampicine sont des persisters non ou lentement réplicatifs. Ainsi, ces travaux de thèse de doctorat présentent la première étude quantitative de la dynamique de réplication intraostéoblastique de S. aureus sous traitement ou non d’antibiotiques à concentrations cliniques, en temps réel et à l’échelle de la cellule eucaryote. Ils s’insèrent dans la compréhension globale de la dynamique de réplication et de la persistance de S. aureus intracellulaire dans le cadre des IOA. Les S. aureus intraostéoblastiques réplicatifs pourraient contribuer à la phase aigüe des IOA en colonisant les cellules et tissus voisins tandis que les non réplicatifs pourraient être impliqués dans la rechute et la chronicisation des IOA en nichant dans des ostéoblastes viables et en persistant à un traitement antibiotique.

We addressed the frequent occurrence of mixed-chain lipids in biological membranes and their impact on membrane structure by studying several chain-asymmetric phosphatidylcholines and the highly asymmetric milk sphingomyelin. Specifically, we report trans-membrane structures of the corresponding fluid lamellar phases using small-angle X-ray and neutron scattering, which were jointly analyzed in terms of a membrane composition-specific model, including a headgroup hydration shell. Focusing on terminal methyl groups at the bilayer center, we found a linear relation between hydrocarbon chain length mismatch and the methyl-overlap for phosphatidylcholines, and a non-negligible impact of the glycerol backbone-tilting, letting the sn1-chain penetrate deeper into the opposing leaflet by half a CH 2 group. That is, penetration-depth differences due to the ester-linked hydrocarbons at the glycerol backbone, previously reported for gel phase structures, also extend to the more relevant physiological fluid phase, but are significantly reduced. Moreover, milk sphingomyelin was found to follow the same linear relationship suggesting a similar tilt of the sphingosine backbone. Complementarily performed molecular dynamics simulations revealed that there is always a part of the lipid tails bending back, even if there is a high interdigitation with the opposing chains. The extent of this back-bending was similar to that in chain symmetric bilayers. For both cases of adaptation to chain length mismatch, chain-asymmetry has a large impact on hydrocarbon chain ordering, inducing disorder in the longer of the two hydrocarbons.

La détermination de l’exposition atmosphérique est critique pour évaluer l’impact sanitaire des pesticides mais peu d’outils permettent actuellement de réaliser une cartographie des concentrations à l’échelle nationale. Une méthode possible consisterait à utiliser des modèles de qualité de l’air comme le modèle CHIMERE pour simuler les concentrations de pesticides. Ce genre de modèle représente les processus physico-chimiques intervenant dans l’atmosphère pour calculer les concentrations de diverses substances. Une méthode a été récemment développée dans le modèle CHIMERE pour simuler les concentrations de pesticides en intégrant un modèle de calcul de flux de volatilisation afin de calculer les émissions dans l’air depuis les surfaces traitées. Utiliser une telle méthode exigerait de connaître la distribution spatiale et temporelle des applications de pesticides. Si la spatialisation des données de la Banque nationale des ventes de produits phytopharmaceutiques par les distributeurs agréés spatialisée (BNVD-S) fournit une bonne indication sur la distribution spatiale des applications en France, peu d’informations existent sur les calendriers de traitement. Bien que ce genre de modèles fonctionne à des résolutions de quelques kilomètres (ce qui ne permettrait pas une détermination fiable de l’exposition), il serait possible de déterminer des cartographies à haute résolution de pesticides sur l’ensemble de la France en utilisant des approches de descente d’échelle combinées à des résultats de modèles de dispersion à l’échelle locale. Une telle méthode permettrait à terme de fournir des cartographies de concentrations de pesticides pour les études épidémiologiques.

L'étude cinématique des galaxies locales et lointaines permet de contraindre les scénarios de formation et d'évolution des galaxies. Pour cela, la spectroscopie à champ intégral permet une étude détaillée de la cinématique des galaxies proches et fournit depuis peu des indices sur la cinématique des galaxies lointaines. Cette thèse s'appuie principalement sur l'utilisation de l'échantillon cinématique de galaxies locales GHASP. Cet échantillon de référence composé de 203 galaxies spirales et irrégulières de l'Univers local dans des environnements peu denses observées par interférométrie de Fabry-Perot autour de la raie Hα (6563 Å) est le plus grand échantillon de données Fabry-Perot à ce jour. Après un passage en revue des principes de l'interférométrie Fabry-Perot et des nouveautés apportées à la réduction des données Fabry-Perot, mon implication dans le développement du 3D-NTT, nouvel instrument utilisant deux Fabry-Perot est exposée de même que ma participation au projet de spectrographe à grand champ pour les ELT, WFSpec, dont l'objectif est l'étude de l'évolution des galaxies. Je présente dans une deuxième partie les données GHASP. Cet échantillon a été entièrement réduit et analysé à l'aide de nouvelles méthodes. L'analyse cinématique de l'échantillon à partir des cartes cinématiques 2D a été initiée en particulier avec l'étude de la distribution des halos de matière sombre, de la forme des courbes de rotation, de l'influence des potentiels barrés et de la dispersion de vitesses du gaz ionisé. Dans une troisième partie, cet échantillon local sert de point de référence pour l'étude de la cinématique des galaxies lointaines. L'échantillon GHASP est projeté à grand décalage spectral (z = 1.7) afin de déterminer les biais observationnels liés au manque de résolution spatiale des données cinématiques de galaxies lointaines obtenues par SINFONI, OSIRIS et GIRAFFE. L'analyse cinématique de nouvelles observations SINFONI y est également présentée, et l'ensemble des données cinématiques 2D de la littérature est mis en regard avec les résultats obtenus sur l'échantillon GHASP, mettant en évidence une évolution du support dynamique des galaxies avec le temps.

Nous considérons une chaîne logistique durable avec prise en compte explicite des délais de transfert entre les différents éléments de la chaîne. Le flux des matières dans le système est représenté par un modèle à flux continus et la politique de pilotage est une politique Echelon Base Stock. L'objectif de ce travail est de dimensionner les stocks des entrepôts en minimisant le coût total moyen, composé des coûts économiques (stockage, transport), auxquels sont ajoutés des aspects sociaux/sociétaux et environnementaux. La méthode Infinitesimal Perturbation Analysis (IPA) est utilisée pour résoudre ce problème sur la base d'une étude analytique des trajectoires et de l'estimation du gradient de la fonction de coût. Cet estimateur est prouvé comme étant non biaisé et ainsi utilisé dans un algorithme d'optimisation.

Imitates is a complete solution for similarity search over very large time series datasets (Terabytes). It implements two efficient approaches for time series indexing and querying: DPiSAX and parSketch. DPiSAX is a parallel solution developed to construct iSAX-based index over billions of time series by making the most of the parallel environment by carefully distributing the work load. The other approach, i.e., parSketch, is based on sketches / random projections to efficiently perform both the parallel indexing of large sets of time series and a similarity search on them. Our solutions take advantage of the computing power of distributed systems by using the Spark parallel framework. The experiments illustrate the high performance of our index construction solution with an indexing time of less than 2 hours for more than 1 billion time series, while the baseline centralized algorithm needs more than 5 days.

The main concern of this paper is to study the dynamics of a discrete Holling-Tanner predator-prey system with impulsive effect. More concretely, by assuming that the coefficients involved in the system and the impulses are periodic, we obtain sufficient conditions for the existence and stability of periodic solutions. We present some examples to illustrate the feasibility of our results.

Les plages sableuses représentent 39 % des côtes françaises. Ces dernières sont soumises à l'érosion, notamment à cause des fortes conditions de vagues lors d'évènements extrêmes (tempêtes). A l'inverse, lors de conditions plutôt modérées, le sable est ramené vers la plage. Si les mécanismes régissant l"erosion sont bien connus et paramétrés grâce à de nombreuses études réalisées sur le sujet, ce n'est pas le cas pour le phénomène d'accrétion. En effet, les quantités de sédiment transportées vers la plage sont souvent sous-estimées dans les modèles. Afin d'aller plus loin, les processus contrôlant l'accrétion doivent être clarifiés. Le transport de sable vers la plage s'effectue principalement par charriage dans la couche limite de fond. L'un des principaux enjeux actuels en dynamique côtière est d'obtenir des mesures in situ permettant d'observer toute la colonne d'eau, de la couche limite à la surface libre, avec une résolution suffisante. La première difficulté est le manque de moyens de mesure adaptés à la couche limite (vitesse et concentration des sédiments), la seconde réside dans la logistique nécessaire à l'installation d'instruments in situ. Le mouillage conçu dans le cadre du projet ANR WEST (est modulaire, facile à déposer dans n'importe quel environnement, résistant et insonifie l'ensemble de la colonne d'eau afin d'obtenir des mesures colocalisées de courant, de concentration en sédiment et de granulométrie. En effet, dans la couche limite, l'Ublac3C, basé sur la technologie ACVP offre des mesures haute résolution (O(ms), O(mm)) et permet de mesurer le flux s'edimentaire de manière quasi-instantanée. Dans la colonne d'eau, ce sont trois ADV, un profileur de courant, un profileur de sédiment multifréquence, un granulomètre à laser, ainsi qu'un capteur de pression qui effectuent les mesures. L'ensemble des instruments enregistrent des données durant un cycle de marée (environ 12 heures), afin d'observer les processus de transport de sable. Des déploiements tests ont déjà eu lieu les 24 et 28 janvier 2022 sur la plage de Porsmillin (site du SNO DYNALIT). L'exploitabilité, la pertinence des données et les résultats préliminaires seront présentés et discutés.

(Uploaded by Plazi from the Biodiversity Heritage Library) No abstract provided.

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This report is describing safe working environment laboratories working with ammonia. Due to the high toxicity level of ammonia, safety is one of the main concerns to address. Since ammonia use as fuel in ICE’s is currently in testing phase early learning from the ammonia engine laboratories can provide essential knowledge on usage of ammonia as fuel and how to operate it safely. Ammonia engine laboratory testing teams contributed to this report providing knowledge on how they have operated the ammonia engine and the fuel system during testing. The report also provides background knowledge on properties of ammonia and on the health hazard of ammonia. Funded by the European Union. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or CINEA. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.

(Uploaded by Plazi from the Biodiversity Heritage Library) No abstract provided.