Dissertations / Theses on the topic 'SuDS modelling'

Stormwater is rain, melt and rinse water that temporarily runs off the ground surface. In cities with many impermeable surfaces large amounts of stormwater may be formed. Stormwater is diverted through conduits and ditches to recipients. If the diversion of stormwater is insufficient flooding can occur. Stormwater contains contaminants from the catchment surfaces such as nutrients, heavy metals, bacteria, organic compounds and oils. To study stormwater pollution and flows various stormwater modelling tools are used. The purpose of this thesis is to test, compare and evaluate four stormwater modelling tools and conclude their strengths and weaknesses. This was done by a literature study, a market research, definition of evaluation criteria and by testing the tools on a case study of an industrial and residential area in Scotland. The main developed evaluation criteria was model characteristics, required input, user friendliness, output and model application. The four selected tools were StormTac, Infoworks CS, SuDS Studio and MUSIC. The case study included both flow and pollutants on a yearly basis and for a rainfall event. The results from the study were compared against observed values both before and after calibration. No model gave good model predictions for all parameters. The observed volumes of water were larger than modelled for all four models even after calibration. An intercomparison between the models however gave a better fit. Regarding pollutants, the model predictions compared with observed values varied between the tools and substances. Strengths with StormTac are that it includes over 70 pollutants, includes the recipient and gave good model predictions for pollutant concentrations when compared with observed pollutants. A weakness is that StormTacs automatically calculated base flow was much smaller than observed in the case study and the tool is not suited for studies of single event rainfalls.Strengths with Infoworks CS are that it is fully distributed, a complete network is built up and the tool can be used for design of networks, flood predictions and flows over time. It is time consuming to build a model in Infoworks CS, few default pollutants are included and it gave poor model predictions for nitrogen concentrations in the case study. SuDS Studio is a unique tool for defining suitable options for retrofitting SuDS solutions and this is a strength as it is the only tool of its kind. SuDS studio gave large intervals for pollutant loads in the case study which can be difficult to interpret. A strength with MUSIC is that it is user friendly and can be used for comparing water quality pre and post treatment. It does however only include three default pollutants in the model, and only three pollutants can be modelled at a time.

In a changing climate with an increasing risk of flooding, developing a sustainable approach to flood management is paramount. Sustainable Drainage Systems (SuDS) present a change in thinking with regards to drainage; storing water in the urban environment as opposed to rapidly removing it to outflows. The Non-Statutory Standards for SuDS (DEFRA 2015a) presented a requirement for all developments to integrate SuDS in their design to reduce runoff. This research models the impact on water quantity of combining different SuDS devices to demonstrate their success as a flood management system, as compared to conventional pipe based drainage. The research uses MicroDrainage®, the UK industry standard flood modelling tool which has an integrated SuDS function, to simulate the role of SuDS in a management train. As space is often cited as the primary reason for rejecting SuDS, determining the most effective technique at reducing runoff is critical. Detention basins were concluded as being highly effective at reducing peak flow (150 l/s when combined with swales), however Porous Pavement Systems (PPS) was nearly twice as effective per m3, reducing peak flow by up to 0.075 l/s/m3 compared to 0.025 l/s/m3. This therefore suggests that both detention basins and PPS should be high priority devices when developing new sites, but that no matter what combination of modelled SuDS are installed a reduction in runoff in comparison to conventional drainage can be achieved. A SuDS decision support tool was developed to assist design in MicroDrainage® by reducing the time spent determining the number of SuDS required for a site. The tool uses outputs from MicroDrainage® to rapidly predict the minimum and maximum peak flow for a site, in comparison to greenfield runoff, based on the site parameters of area, rainfall rate, infiltration, combined with the planned SuDS. The tool was underpinned by a model analysis for each site parameter and each SuDS device, which produced r2 values >0.8, with 70% above 0.9. This ensured a high level of confidence in the outputs, enabling a regression analysis between runoff and each site parameter and SuDS device at the 99% confidence level, with the outputs combined to create the tool. The final aspect of the research validated MicroDrainage® to analyse the accuracy of the software at predicting runoff. Using field data from Hamilton, Leicester, and laboratory data for PPS and filter drains, a comparison could be made with the output from MicroDrainage®. The field data created a Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) of 0.88, with filter drains and PPS providing an NSE of 0.98 and 0.94 respectively. This demonstrates the success with which MicroDrainage® predicts runoff and provides credibility to the outputs of the research. Furthermore, it offers SuDS specialists the confidence to use MicroDrainage® to predict runoff when using SuDS.

The overarching goal of this research is to establish a successful forum for a transition from the existing paradigm of managing wastewater infrastructure to a more sustainable paradigm that achieves a more efficient utilisation of wastewater assets. A transitioning approach to support a more efficient utilisation of surface water and wastewater assets and infrastructure is proposed and developed. The determined transitioning approach possesses key stages namely developing the arena, developing the agenda, case study, and monitoring. The case study stage investigates a drainage utility identifying their improvement drivers, the removal of surface water through detailed drainage modelling and the financial examination of the costs incurred under the various scenarios conducted. Understanding the implications of removing/attenuating surface water from the network is improved through obtaining data by detailed drainage modelling. Infoworks software is used to investigate and assess the current and future operational scenarios of a wastewater system operating over one calendar year. Modelling scenarios were conducted removing surface water from selected areas focusing on the volumes requiring pumping and durations of pumping station(s) operation prior to treatment during storm conditions. The financial implication of removing surface water in combined sewer systems is examined in three main components. Firstly the costs of electricity incurred at the single sewage pumping station (SPS) investigated during the various scenarios modelled require to be addressed. Secondly the costs to retrofit sustainable urban drainage system (SUDS) solutions needs to be identified. Thirdly the implications of removing surface water for the drainage utility at the national level and the potential saving for householder’s committing to a surface water disconnection rebate scheme. When addressed at the macro level i.e., with over 2,100 pumping stations, some operating in sequence and contained within one drainage utility annually treating 315,360 megalitres the significance of the same multiple quantifiable and intangible benefits becomes amplified. The research aims, objectives and findings are presented to the identified and convened stakeholders. The transitioning approach developed encourages positive discourse between stakeholders. The level of success of the transitioning approach determined is then tested using a quantitative methodology through the completion of questionnaires. From the questionnaires completed the respondents unanimously agreed that surface water flows should be removed as well as reduced from the combined sewer system. The respondents agreed that the removal of surface water from a typical combined sewer system is justified by applying a transitioning approach focusing on the energy consumption required to pump increased volumes during storm events. This response is significant based upon the economic evidence and is contrary to the respondents previous position that finance was their most influencing factor. When provided with other potentially available benefits the respondents were even more supportive of the justification to remove surface water from the combined sewer system. The combined findings of the work presented in this thesis provide further justification that the transitioning approach applied to the removal of surface water from a typical combined sewer system, as determined in this research has been successful.

Les marges conjuguées de l'Atlantique Sud sont le produit du rifting et de la rupture du continent Pangée. Ce continent présente une hétérogénéité crustale et lithosphérique importante, dont la prise en compte est un objectif de la thèse. Afin de comprendre la rupture continentale à l'échelle lithosphérique de systèmes de rhéologies préexistantes très différentes, nous avons effectué des modélisations, analogique et numérique. Les modèles analogiques s'attachent à montrer l'effet des forces externes sur un tel système hétérogène tandis que les modèles numériques, thermomécaniques, se concentrent sur l'impact des anomalies de fusion du manteau sur le rifting avec une telle configuration.Avec la modélisation analogique, l'effet des forces aux limites sur un système composé de deux segments de rhéologies différentes a été testé à l’échelle de la lithosphère pour comprendre l'influence de l'hétérogénéité rhéologique dans un système en extension. Les résultats montrent que dans un système combiné, toute l'extension se produit dans le segment faible et que le contact entre les deux segments ne joue pratiquement aucun rôle dans l'initiation des failles. Lorsque le segment le plus faible contient une couche résistante dans le manteau supérieur, le rift évolue en deux phases. La première phase montre un système de failles larges où la déformation est distribuée. Une fois que la partie résistante du manteau supérieur est suffisamment affaiblie, l'extension se localise le long d'une zone de faille étroite. Si l'extension continuait, la rupture se produirait à cet emplacement, dans une partie plutôt homogène alors que le système est latéralement hétérogène. Le résultat de ce système extensif serait des marges asymétriques avec une croûte faible/hyper-étirée sur deux marges.Les résultats numériques montrent que, dans le cas de la rupture continentale induite par un panache, le mode de rupture «central», où la rupture se localise au-dessus du point de l'impact du panache, est une forme de rupture continentale parmi d'autres. Ainsi, lorsque l'anomalie de fusion du manteau est localisée de manière décalée par rapport au contact entre les segments rhéologiques, un mode de rupture "décalé" peut se développer. Dans ce cas, le matériel du panache atteint la base de la lithosphère et s’écoule latéralement jusqu’au contact entre les deux segments rhéologiques où le rifting se localise in fine. La partie du matériel qui n’arrive pas au centre de la zone de rupture, se situe au niveau de la croûte inférieure ou bien plus profond, ressemblant aux corps de densité/vitesse élevées imagés le long des marges de l'Atlantique Sud. De plus, le mode «décalé» reproduit l'asymétrie des marges conjuguées
The South Atlantic conjugate margins are the product of continental rifting and break-up of Pangea, which was made up of different crustal features prior to rifting. This study investigates continental rift initiation and break-up of alternative lithospheric setups, consisting of large segments with different rheological strength, with the use of analogue and numerical modelling. The analogue models investigate the effect of far-field forces on a system that consist of multiple rheological segments, whereas the numerical models include thermal processes and focus on the impact of initial plume emplacement on such a setup.Lithosphere-scale analogue models consisting of two different rheological compartments have been subjected to extensional forces, to understand effect of far-field forces on large rheological heterogeneities in a system within an extensional tectonic regime. The results show that in such a system, the weaker segment accommodates all the extension. At the contact between the two compartments no rift-initiation is observed. In the presence of a strong sub-Moho mantle, the rift evolution consists of two phases. The first phase is a wide or distributed rift event. Once the strong part of the upper mantle has sufficiently weakened, the rift localizes and a narrow rift continues to accommodate the extension. If extension would continue, break-up would happen at the location of the narrow rift, thereby breaking a rather homogenous part within a laterally heterogeneous system. This would result in asymmetric margins with hyperextended, weak crust on both margins.The numerical results show that, in the case of plume-induced continental break-up, the classical ‘central’ mode of break-up, where the break-up centre develops above the plume-impingement point is not the only form of continental break-up. When the mantle anomaly is located off-set from the contact between rheological segments, a ‘shifted’ mode of break-up may develop. In this case, the mantle plume material rises to the base of the lithosphere and migrates laterally to the contact between two rheological segments where rifting initiates. Mantle material that does not reach the spreading centre and remains at lower crustal depths, resemble high density/high velocity bodies at depth found along the South Atlantic margin and providing geometric asymmetry.Further investigation on the exact influence of the initial plume position with respect to the contact between the rheological compartments shows that there is a critical distance for which the system develops either ‘central’ (or ‘plume-induced’) continental break-up or ‘shifted’ (or ‘structural inherited’) continental break-up. For Moho temperatures of 500 – 600 oC, there is a window of ~50 km where the system creates two break-up branches. These results explain complex rift systems with both vertical penetration of plume material into the overlying lithosphere as well as reactivated inherited structures developing break-up systems both aided by the same mantle plume

Os métodos de controle de qualidade tradicionais aplicados ao radiodiagnóstico, é a melhor maneira de garantir a boa qualidade das imagens produzidas. No entanto, a investigação de particularidades oriundas do processo de formação de imagens radiológicas requer ferramentas computacionais complementares, em função do número de variáveis envolvidas. Entretanto, os fantomas computacionais baseados em voxels não conseguem representar as variações morfométricas necessárias para a simulação de exames cujo diagnóstico é baseado em imagem. Neste trabalho foi desenvolvido um novo tipo de fantoma computacional, baseado em modelagem 3D, que possui as vantagens apresentadas pelos fantomas computacionais tradicionais sem os problemas encontados nestes. A ferramenta de modelagem utilizada, o Blender, é disponibilizada gratuitamente na internet. A técnica utilizada foi a box modeling, que consiste na deformação de uma primitiva básica, nesse caso um cubo, até que apresente a forma da estrutura que se deseja modelar. Para tanto, foram utilizadas como referencia, imagens obtidas de atlas de anatomia e fotografias de um esqueleto fornecido pela Universidade de Mogi das Cruzes. Foram modelados o sistema ósseo, os órgãos internos e a anatomia externa do corpo humano. A metodologia empregada permitiu a alteração de parâmetros do modelo dentro da ferramenta da modelagem. Essa possibilidade foi mostrada através da variação, dos formatos do intestino e do aumento da quantidade de tecido adiposo da malha referente a pele. A simulação das imagens radiológicas foi realizada a partir de coeficientes de atenuação de massa de materiais, ossos e tecidos e de modelos com diversas características físicas. Essa versatilidade permite prever a influência que as diferenças morfométricas entre os indivíduos provocam nas imagens, propriciando dessa forma, uma ferramenta relevante complementar aos métodos de controle de qualidade tradicionais.
The conventional methods of quality control applied to radio diagnosis are the best way to have assured good quality of the produced images. Due the amount of variables to consider, the study of particular issues of the process of formation of radiological images requires complementary computational tools. However, the computational voxel based phantoms are not suitable to represent the morphometrical variations, intended for test simulations with image based diagnosis. This work developed a new type of computational phantom, based on 3D modelling. It has the same advantages of the conventional ones, without some of their restrictions. The modeling tool employed, Blender, is available on internet for free download. The project uses the technique called box modeling, which consists in the deformation of a primitive form (a cube, in this case) until it presents a similar form to that it is wanted to model. In order to achieve it, some images, obtained from anatomy atlas and a skeleton pictures obtained from University of Mogi das Cruzes, were used as reference. Were built models from skeletal system, internal organs and external human body anatomy. The applied methodology allowed model´s parameter settings on the modelling tool. This option was presented by means of intestine format variation and increase of adipose tissue on the mesh that represents skin. The simulation of radiological images was done by means of x-ray mass attenuation coefficients, bones and tissues and models with diferent physical characteristics. This flexibility allows the analysis and forecasting of the influences that morphometrical differences of individual implies on images, revealing an important tool that complements the conventional quality control tools.

Orientador: Ingrid Koch
Resumo: Neste estudo, nós desenvolvemos marcadores moleculares e aplicamos abordagens integrativas em filogeografia e ecologia para investigar e descrever a história biogeográfica das chapadas da região oeste do Cerrado brasileiro. Utilizando como modelo duas espécies do gênero Rauvolfia L. (Apocynaceae, Rauvolfioideae), Rauvolfia weddelliana Müll.Arg. e Rauvolfia gracilis I.Koch & Kin.-Gouv., típicas destes ambientes, nós desenvolvemos um conjunto de marcadores nucleares microssatélites e sequenciamos espaçadores de cloroplasto, com os quais estimamos métricas de diversidade genética e estruturação populacional. A partir destes dados, nós reconstruímos relações filogenéticas entre as linhagens, estimamos tempos de divergência e realizamos simulações demográficas e modelos de distribuição, com o intuito de testar possíveis cenários biogeográficos. Em sequência, nós desenvolvemos modelos de distribuição potencial em escala de comunidade e análises espaciais, para estimar o impacto relativo das flutuações climáticas do Pleistoceno sobre o endemismo no Cerrado, quando comparadas a outros processos. Os resultados estão apresentados em três capítulos. No primeiro, intitulado “Development and cross-validation of microsatellite markers for Rauvolfia weddelliana Müll.Arg. (Apocynaceae) species complex”, nós descrevemos o desenvolvimento de uma biblioteca de microssatélites específica para R. weddelliana e testamos sua transferabilidade para a espécie R. gracilis. Nós isolamos dez marcadores ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: In this study, we developed molecular markers and applied integrative approaches in phylogeography and ecology to investigate and describe the biogeographic history of the plateaus of the west region of the Cerrado in Brazil. Using as models two species of the genus Rauvolfia L. (Apocynaceae, Rauvolfioideae), Rauvolfia weddelliana Müll.Arg. and Rauvolfia gracilis I.Koch & Kin.-Gouv., typical from these habits, we developed a set of nuclear microsatellite markers and sequenced chloroplast spacers, which we used to estimate metrics of genetic diversity and population structure. From this data, we reconstructed phylogenetic relationships between lineages, estimated divergence times and conducted demographic simulations and distribution models, intending to test possible biogeographic scenarios. In sequence, we also developed community wise models of potential distribution and conducted spatial analysis to estimate the relative impact of climatic shifts of the Pleistocene on the endemism of the Cerrado, when compared to other processes. Our results are presented in three chapters. In the first, entitled “Development and cross-validation of microsatellite markers for Rauvolfia weddelliana Müll.Arg. (Apocynaceae) species complex”, we describe the development of a specific microsatellite library to R. weddelliana and tested its transferability to the species R. gracilis . We isolated ten transferable markers with high polymorphism content that may now be applied to genetics studies ... (Complete abstract click electronic access below)
Doutor

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-10-11T14:11:57Z No. of bitstreams: 1 Renato Paiva de Lima.pdf: 524535 bytes, checksum: 47be2d27255026d21fdeb8e8a90a484f (MD5)
Made available in DSpace on 2016-10-11T14:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renato Paiva de Lima.pdf: 524535 bytes, checksum: 47be2d27255026d21fdeb8e8a90a484f (MD5) Previous issue date: 2013-07-18
Models that predict pre-consolidation stress in Ultisol are scarce, given the importance of these soils for the production of sugarcane in the Northeast. The current study aimed to fit linear and nonlinear regression models and study the relationship of soil physical attributes on pre-consolidation stress (σp) variation. On a plot, 42 points were delimited to get samples in the layers 0-0.20 and 0.20-0.40 m, totaling 84 samples. Deformed and undeformed samples were collected to obtain the variables: water content (θ), bulk density (BD), soil resistance to penetration (RP), organic carbon (OC), clay content (C), plastic limit (PL) and liquid limit (LL), as well as the pre-consolidation stress (σp). Four models were fitted to predict the σp: linear multiple regression, two nonlinear multiple model and charge supporter capacity model. Was also held for each layer a principal component analysis was performed and, after obtaining the scores for those components retained, a linear multiple regression model was fitted for the σp data to establishment of the relationships. The average of σp was 73.0 kPa. The multiple linear regression model was the best fit soil conditions and management of the area in the two analyzed layers. Only soil bulk density and penetration resistance contributed significantly to variation σp models with the best settings. The θ and the OC showed negative relations with σp; while BD, RP, C, LL and PL showed positive relation. Higher values of σp are associated with higher values of BD, RP, C, LL and PL, as well as smaller values are linked with the increase of OC concentration and θ.
Modelos que predizem a tensão de pré-consolidação em Argissolo Amarelo distrocoeso são escassos na literatura, dada a importância desses solos para produção de cana-de-açúcar no Nordeste. O presente estudo teve como objetivos ajustar modelos de regressão lineares e não lineares e estudar as relações dos atributos físicos do solo na variação da tensão de pré-consolidação (σp). O trabalho foi realizado em área de Argisssolo Amarelo distrocoeso cultivado com cana-de-açúcar. Em um talhão, foram demarcados 42 pontos e coletadas amostras nas camadas 0-0,20 e 0,20-0,40 m, totalizando 84 pontos amostrais. Foram coletadas amostras deformadas e não deformadas para obtenção das variáveis: umidade do solo (θ), densidade do solo (DS), resistência à penetração (RP), carbono orgânico (CO), teor de argila (TA), limite de plasticidade (LP) e limite de liquidez (LL), além da tensão de pré-consolidação (σp). Foram ajustados quatro modelos para predição da σp: regressão linear múltipla, dois modelo não lineares e um modelo não linear de capacidade de suporte de carga, bem como, foi realizada análise de componentes principais, em cada uma das camadas estudadas, que após obtenção dos escores dos componentes principais retidos em cada camada de solo, um modelo de regressão linear múltiplo foi ajustado aos dados de σp para estabelecimento das relações. A σp média foi de 73,0 kPa; sendo o modelo de regressão linear múltipla o que melhor se ajustou as condições de solo e manejo da área nas duas camadas analisadas. Apenas a densidade do solo e a resistência à penetração contribuíram significativamente para variação da σp nos modelos com os melhores ajustes. A θ e o CO apresentaram relações negativas com a σp, enquanto DS, RP, TA, LL e LP positivas. Maiores valores de σp estão associados a maiores valores de DS, RP, TA, LL e LP, assim como os menores a um aumento da concentração de CO e da θ.

On étudie une zone de la Cordillère de la Costa au sud du Chili (41°15'S-41°00'S), habitée par l'ethnie Mapuche. Là, il y a encore des précieuses forêts tempérées, qui ont une haute priorité de conservation au plan mondial. Mais, il est constaté, un processus continu de transformation lié à l'extraction de bois de chauffe, l'élevage extensif, la perturbation de l'habitat du conifère Fitzroya cupressoides, et le déploiement des plantations forestières. Sur la base d'une classification multi-temporelle d'images satellite, une modélisation spatio-temporelle a été mise en œuvre pour comprendre et anticiper la dynamique de la détérioration de la forêt. L'analyse rétrospective révèle qu'entre 1976 et 2008, la forêt a été réduite 12400 ha, soit un taux de déforestation 0,25% par an. 20 modèles de déforestation sont calibrés, 4 d'entre eux sont sélectionnés pour construire des scénarios prospectifs. La simulation prévoit que la diminution de forêt entre 2008 et 2040 pourrait atteindre 13000 ha. Deux autres modèles mis en œuvre simulent l'évolution de la qualité de l'habitat de F. cupressoides. Les scénarios prévoient une augmentation de la surface détériorée ; l’extrapolation à partir de la période d’apprentissage 2001-2008 pendant laquelle la plus grande part de terres indigènes a été légalisée, par rapport à la période précédente à 2001, prédit une augmentation plus significative de la surface détériorée. On fournit un outil pour amplifier la gestion territoriale des systèmes environnementaux toujours non incorporée dans la planification chilienne. Enfin, la thèse met également d'intéressantes comparaisons entre modèles qui diffèrent par rapport aux paramètres de calibration
SAn area of the Cordillera de la Costa is studied in southern Chile (41°15'S - 41°00'S), inhabited by ethnic Mapuche. There are still valuable temperate forests that have high conservation priority worldwide. But it is found, a continuous process of transformation related to the extraction of firewood, ranching, disruption of habitat conifer Fitzroya cupressoides, and deployment of forest plantations. Based on a multi-temporal satellite images classification, a spatial-temporal modeling was implemented to understand and predict the dynamics of the deterioration of the forest. Retrospective analysis revealed that between 1976 and 2008, the forest has been reduced 12,400 ha, a deforestation rate of 0.25% per annum. 20 models of deforestation are calibrated, 4 of them are selected to construct scenarios. The simulation predicted that reductions of forest between 2008 and 2040 could reach 13,000 ha. Two other models implemented simulate changes in habitat quality F. cupressoides. Scenarios predict an increase in the damaged surface; extrapolating from the learning period 2001-2008 during which the largest share of indigenous lands was legalized, compared with the previous period to 2001, predicts a significant increase in the damaged surface. In this way, it provides a tool to enhance the local management of environmental systems still not incorporated into the Chilean planning. Finally, the thesis also makes interesting comparisons between models that differ with respect to the calibration parameters

La regione delle Alpi sud-orientali è la più sismicamente attiva dell’Italia settentrionale e in passato è stata soggetta a terremoti di magnitudo superiore a 6. In questa tesi si sviluppa, con un nuovo dataset ampliato di misure GPS, uno studio già effettuato al fine di comprendere le principali strutture sismogenetiche dell’area, confrontando diversi modelli cinematici a blocchi atti a rappresentare le velocità osservate in superficie. Questi considerano un numero di blocchi crescente, da quattro a sei, e sono stati costruiti a partire dai cataloghi sismici e di faglie attive noti. Il modello più affidabile è stato scelto sulla base di considerazioni di natura statistica, quali valutazione dei valori di RMSE per le velocità e per mezzo di F test tra i modelli considerati. Da questo, sui sistemi di faglie che bordano i blocchi, si ottengono valori di scorrimento a lungo termine che superano i 2 millimetri per anno sul fronte del blocco delle Alpi orientali e inferiori al millimetro per anno sull’area delle Alpi centrali. Si indaga anche il grado di accoppiamento intersismico nella zona orientale sviluppando un modello a slip distribuito tramite una superficie curvilinea costruita con una mesh a elementi triangolari, i cui risultati sono messi a confronto con quelli ritrovati in passato. Dal confronto emerge un buon accordo complessivo con l’eccezione di un paio di zone centrali che riguardano: un’area a nord dove la copertura dei dati è molto lasca e quindi il risultato non viene considerato attendibile, e la regione del Montello dove la distribuzione di accoppiamento presenta delle differenze spaziali. Quest’ultimo risultato però è vincolato da una migliore copertura dei dati e da una migliore riproduzione degli stessi da parte del modello presentato in questa tesi, suggerendo dei nuovi indizi sul grado di pericolosità sismica della struttura di faglia indagata.

Globale Krisen, Rohstoffengpässe oder Preisschwankungen stellen die globalisierten Lieferkettensysteme der westlichen Produzenten vor große Herausforderungen. Das Konzept der Kreislaufwirtschaft ist eine Möglichkeit, sich angesichts dieser Herausforderungen robuster zu positionieren, um weniger abhängig von äußeren Einflüssen zu sein. Die größte Hürde bei dem Aufbau von Netzwerken für Kreislaufwirtschaftsprozesse ist die Identifikation von potentiellen Partnern auf Basis von Stoffstrommodellen. Ein erfolgreiches Mapping ist von vielen Faktoren abhängig. Aktuell existiert kein Ansatz, um die Stoffströme so zu modellieren, dass die Darstellung und Berechnung für eine Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft geeignet ist. Um der Komplexität, sowohl der Stoffstrommodellierung, als auch der Partnersuche gerecht zu werden, wird hier ein MBSE-Ansatz gewählt - ein überlegener Modellierungsansatz im Detaillierungsgrad und der Adaptionsfähigkeit. Das Modell verknüpft die 3 Hauptelemente der Wertstromanalyse (Produktionsprozess, Materialfluss und Geschäftsprozess) und ermöglicht dadurch neuartige Kennzahlen zu ermitteln. Diese Kennzahlen und die detaillierte Modellierung schaffen eine verbesserte Informationslage, auf Basis derer die Effektivität der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft signifikant gesteigert wird. Nach einer theoretischen Herleitung der Modellierungslogik und der Erweiterung des bestehenden Ansatzes der nachhaltigen Wertstromanalyse (engl. Sustainable Value Stream Mapping – Sus-VSM) wird anhand eines Beispiels das MBSE-Modell implementiert und validiert. Dieser MBSE-Ansatz besitzt das Potential, die Beschreibung industrieller Produktions- und Herstellungsprozesse erheblich zu verfeinern und dadurch Analysen und Berechnungen zu optimieren, was zu einer besseren Vernetzung der Industrie führt. Die dadurch identifizierten industriellen Symbiosen fördern die Kreislaufwirtschaft maßgeblich und helfen Ressourcen nachhaltiger zu nutzen.

Dans de nombreux pays en développement, la qualité médiocre de l'eau constitue une menace majeure pour la santé humaine. Par ailleurs, le manque d'accès à l'eau potable et à l'assainissement sont un frein majeur au développement. La Fleuve Rouge est le deuxième plus grand fleuve au Vietnam et constitue la principale source d'eau pour la population du Nord-Vietnam. Cette thèse présente les résultats des observations et de la modélisation des bactéries indicatrices de la contamination fécales (BICF) et du carbone organique (CO) dans la Fleuve Rouge. Le modèle Seneque/RIVERSTRAHLER utilisant l’ensemble des données recueillies a permis d'étudier la dynamique et la répartition saisonnière des BICF et du CO dans la Fleuve Rouge et ses affluents. Un scénario, basé sur l’évolution démographique et les changements d’usage des terres prévus à l'horizon 2050, a montré une augmentation limitée des nombres des BICF par rapport à la situation actuelle. Ceci est particulièrement le cas pour la ville d’Hanoi même si la population devrait tripler d'ici 2050. Les apports en CO et la respiration hétérotrophe résultant du CO abouti à un système qui est une forte source en CO2 pour l’atmosphère. Les résultats du modèle reflètent également l'importance des différents usages des terres, le débit et la prédominance des sources diffuses relatifs aux sources ponctuelles sur les BIFC et CO dans le Fleuve Rouge. Cette thèse fournit de nouvelles informations sur les teneurs en BICF et CO dans la Fleuve Rouge ainsi qu’une base de discussion pour les décideurs sur la gestion future des eaux usées rejetés dans ce Fleuve
In many developing countries, poor water quality poses a major threat to human health and the lack of access to clean drinking water and adequate sanitation continues is a major brake on development. The Red River is the second largest river in Vietnam and constitutes the main water source for the population of North Vietnam. This thesis presents the results from observations and modeling of both faecal indicator bacteria (FIB) and organic carbon (OC) in the Red River system, North Vietnam. The objective of this work was to measure FIB numbers and OC concentrations in this system and then to model these parameters in order to investigate scenarios for 2050 when population in the area is estimated to have doubled. The dataset was then modeled using the Seneque/Riverstrahler model in order to investigate the dynamics and seasonal distribution of FIB and OC in the Red River and its upstream tributaries. A scenario, based on the predicted changes in future demographics and land use in the Red River system for the 2050 horizon, showed only a limited increase of FIB numbers compared with the present situation. This was particularly the case in Hanoi even though the population is expected to triple by 2050. The OC inputs and the resulting heterotrophic respiration of this OC resulted in a system that was a strong CO2 source. The model results also reflected the importance of land use, discharge and the dominance of non-point sources over point sources for FIB and OC in the Red River. This thesis provides some new information on FIB in the Red River as well as providing a base for discussion with decision makers on the future management of wastewater in the Red River

Les observations et les modèles globaux ont montré que l'écoulement vers l'ouest du Courant Equatorial Sud est perturbé par la topographie complexe du Pacifique Sud-Ouest. Il se concentre en jets zonaux associés aux îles de Fidji, Vanuatu et Nouvelle-Calédonie. Ce travail de thèse est motivé par la compréhension des processus non-linéaires et des effets topographiques. Une simulation régionale à haute résolution, a été réalisée. L'effort de validation du modèle a permis de mettre à jour un problème de diffusion diapycnale trop forte. Ce problème numérique a été résolu , ce qui permet désormais de préserver la structure thermohaline de grande échelle et l'intégrité de la solution dynamique régionale. La solution obtenue montre la présence de jets intenses avec des recirculations dans le sillage des îles et une tendance des jets à être déviés vers le nord en abordant les îles principales : Nouvelle-Calédonie, Vanuatu, Fidji. Des bilans de vorticité de l'écoulement permettent de mettre en évidence la prédominance des effets topographiques sur la circulation du Pacifique Sud-Ouest, bien que ces derniers soient en partie compensés par la baroclinicité et l'advection non linéaire. Les non-linéarités sont importantes pour les recirculations dans le sillage des îles. L'augmentation de la résolution conduit à des jets plus étroits et à une " vidange " des jets au sud des îles au profit de ceux au nord. Le Pacifique Sud-Ouest étant considéré comme une région clef dans la modulation décennale du climat, ce travail tend à affirmer la nécessité de prendre en compte plus finement les effets topographiques du Pacifique Sud-Ouest dans les modèles d'océan globaux et de climat
The oceanic circulation entering the tropical southwest Pacific (SWP) is dominated by the broad westward flow of the South Equatorial Current (SEC), forced by the trade winds. It has been argued that the numerous islands of the SWP are able to restructure the SEC into a series of deep and narrow zonal jets, which control important pathways connecting equatorial and extra-equatorial signals. The primary objective of this study is to improve our understanding of the structure and dynamics of SWP zonal jets, giving special attention to topographic effects. Our study is based on the use of a high-resolution regional oceanic model, whose solution is compared with observations, as well as with solutions from global models and the Sverdrup relation. Our model indicates that the regional topography drives a general equatorward shift of the SEC, which is beneficial to the North Fiji, North Vanuatu and North Caledonian Jets. A depth-integrated vorticity budget shows that this topographic effect is considerably attenuated by baroclinicity and advection processes, but not to the point of total compensation as often admitted for the interior ocean. The effect of non-linear advection is to allow flow rectification of the jets fluctuations which takes the form of zonally elongated dipole circulations in the leeward side of the islands

Au Crétacé inférieur, l'intense activité magmatique due à la dislocation du super-continent Pangée influence fortement les conditions environnementales globales. Au Barrémien terminal et Aptien basal, période géologique dont fait l'objet cette étude, le bassin Vocontien, puis Bédoulien, recouvre le Sud-Est de la France, sous un climat chaud et humide. Sur les bordures de ces bassins, des plateformes carbonatées se mettent en place. Les sédiments qui se déposent sur ces plateformes sont à l'origine de la formation urgonienne. Afin d'étudier cette formation, une charte biostratigraphique, principalement basée sur les Orbitolinidés, et un modèle de faciès ont été développés. Les assemblages faunistiques, la succession des faciès, les observations de terrain ainsi que l'étude de signaux géochimiques ont permis le découpage séquentiel de la série urgonienne le long de 54 coupes et puis, répartis sur l'ensemble du Sud-Est de la France. Les corrélations induites par cette étude stratigraphique ont mis en évidence d'importantes variations d'épaisseur et d'environnements de dépôt au sein même de la plateforme urgonienne. Ces variations sont expliquées par le jeu de failles syn-sédimentaires qui ont compartimentées la plateforme urgonienne en blocs. Sur la bordure sud du bassin Vocontien, ces failles d'orientation N30° et N110° délimitent six blocs basculés. Au sommet du Barrémien terminal, la subsidence des blocs situés le plus au sud s'amplifie jusqu'à provoquer l'ouverture du bassin de la Bédoule au sud du secteur d'étude. Cette théorie d'évolution a ensuite été testée par l'élaboration d'un modèle numérique en trois dimensions de l'Urgonien du Sud-Est de la France. Sa cohérence avec les données acquises tout au long de cette étude d'une part, et sa cohérence géométrique d'autre part, valide les théories avancées. Des analogues de l'Urgonien sont répartis dans le monde entier et notamment au Moyen-Orient où ils représentent d'importants réservoirs pétroliers. Être capable de caractériser les facteurs ayant influencé l'architecture de l'Urgonien du Sud-Est de la France permet par la suite une meilleure exploitation de ses ressources énergétiques
During the Early Cretaceous epoch, intensive magmatic activity due to the dislocation of the super-continent Pangaea, highly influenced global environmental conditions, which were characterized by a warm and generally humic climate. In this context, carbonate platforms were important in tropical and subtropical shallow-water regions, and especially during the late Barremian and early Aptian, platform carbonates of so-called Urgonian affinity are widespread. In southeastern France, the Urgonian platform was part of the northern Tethyan margin and bordered the Vocontian and the Bedoulian basins. The goal of this thesis was the systematic study of the Urgonian Formation in this region, and in order to achieve this goal, a biostratigraphic chart and a facies model were developed. The faunistic assemblages, the facies succession, the field observations and the study of geochemical signals lead to a sequential subdivision of the Urgonian series along 54 sections and wells allocated in five different regions in southeastern France (Gard, Ardèche, Vercors, Vaucluse and Provence). Correlations from this stratigraphic study highlight important variations in thickness and depositional environments of the Urgonian series. These variations are explained by relative movements induced by syn-sedimentary faults, which divided the Urgonian platforms into blocks. On the southern border of the Vocontian basin, these faults, oriented N30° and N110°, delineate six tilted blocks. At the top of the upper Barremian carbonates, subsidence of the two southern blocks accelerated leading to the opening of the Bedoulian basin. The reconstruction of the sequence-stratigraphic and paleoenvironmental evolution of the Urgonian platforms was then tested by the construction of a 3D numerical model of the Urgonian formation of southeastern France. Firstly, its consistency with the data collected during this study, and secondly, its geometrical coherence validate the proposed theory. Urgonian analogs exist all over the world and particularly in Middle East where they constitute important oil reservoirs. The exact reconstruction of the major factors, which influenced the architecture of these formations, will allow for a better exploitation of these energy resources

Le travail de cette thèse concerne l’évolution du relief de la région du Fitz Roy, en Patagonie, à la frontière du Chili et de l'Argentine (49°S). Cette région est caractérisée par un contexte géodynamique particulier. En effet, la dorsale du Chili séparant les plaques océaniques Nazca et Antarctique, passe en subduction sous la plaque Amérique du Sud depuis 14 Ma. La subduction de ces deux plaques génère un point triple au niveau de la fosse du Chili (46°30’S). D’autre part, une partie des Andes australes est recouverte de la 3ème plus grande calotte glaciaire mondiale. Cette calotte constitue le reste de glaciers bien plus vastes apparus au Miocène supérieur. Actuellement, la Patagonie est marquée par un contraste climatique de part et d’autre de la chaine, avec un climat semi-aride sur le versant oriental, alors que le cœur de la chaine et la bordure occidentale sont recouverts de glaciers, et soumis à de fortes précipitations. Cette configuration est unique au monde et de ce fait, l’évolution de la Patagonie au Cénozoïque constitue un laboratoire propice à l'étude des interactions entre la subduction, la tectonique régionale et les conditions climatiques.Pour répondre à cette problématique, des modèles analogiques simulant la subduction d’une dorsale océanique ont été réalisés en laboratoire. Ces modèles ont mis en évidence des effets directs sur la géométrie du plan de subduction et donc sur la position de l'arc magmatique. L’arrivée de la dorsale à la fosse, lorsque la plaque continentale se déplace rapidement vers cette dernière, induit un aplanissement du slab dans sa partie la plus superficielle. Cette horizontalisation de la plaque plongeante entraîne une augmentation de la distance entre la fosse et l’arc magmatique, précédant la subduction de la dorsale. La migration vers l’est de l’arc magmatique s’observe effectivement en Patagonie au Miocène inférieur, quelques millions d’années avant le passage de la dorsale. Ces modèles suggèrent aussi que l’arrivée de la dorsale à la fosse entraîne le raccourcissement de la plaque continentale tel qu’observé au Miocène inférieur-moyen en Patagonie. La fin de ce raccourcissement se produit lorsque la dorsale entre en subduction.[...] Les objets étudiés sont des roches détritiques datant du Crétacé ainsi que des roches granitiques issues du massif du Fitz Roy, qui s’est mis en place au Miocène inférieur vers 16,5 Ma. Les données traces de fissions sur apatite (AFT) des granites présentent un âge moyen de 14,8 Ma, ce qui suggère que le pluton s’est refroidi rapidement après sa mise en place. Le signal obtenu dans les grès est de 12,5 Ma. Cette phase de dénudation rapide est liée à l’arrivée de la dorsale à la fosse et précède son entrée en subduction qui se produit à la latitude 49°S vers 12 Ma. L’étude tectonique n’a en revanche pas permis de déterminer l’âge de la fin du raccourcissement dans la chaîne plissée en raison de l’absence de dépôts sédimentaires tertiaires dans cette région. Toutefois, l’arrêt du raccourcissement se situerait entre le Miocène inférieur et le Miocène moyen d’après les études réalisés au Nord et au Sud de notre zone d’étude.Les données thermochronologiques (U-Th/He) sur apatite indiquent un signal à 7-6 Ma, mettant en évidence l’effet des premières glaciations patagonnes sur la dénudation des reliefs. Cet évènement climatique a induit une accélération de la dénudation. Les données de cette étude confirment donc que l’érosion glaciaire est un facteur de la dénudation des reliefs au Miocène supérieur. Les glaciers en Patagonie à la latitude 49°S n’ont donc pas eu un rôle protecteur du relief, comme cela avait suggéré par Thomson et al. (2010). La localisation de notre zone d’étude a donc permis de discriminer l’effet de la subduction de la dorsale et de la tectonique compressive associée et celui des glaciations sur le soulèvement et la dénudation du relief andin, car ces deux processus ne sont pas contemporains à la latitude 49°S
The aim of this thesis is to better understand the processes at the origin of the evolution and present-day topography of the Fitz Roy region, located in the Southern Andes, at the border between Chile and Argentina (49°S). This region is characterized by a particular geodynamic context that may play a major role on surface processes. Indeed, the Chile Ridge separating the Nazca and Antarctic oceanic plates, is being subducted beneath the South American plate since 14 My. The obliquity between the ridge and the subduction trench is responsible for a continuous northward migration of the triple junction that is located today at 46°30’S. Furthermore, the Southern Andes is covered by the 3rd largest ice sheet, that constitutes the relict of a much broader glacier formed during the late Miocene. Nowadays, Patagonia is affected by a strong climatic contrast, with a semi-arid climate on the eastern side chain, while the core and the western side of the chain are covered by glaciers and subject to strong precipitations. The tectonic/climatic setting is unique in the world and constitutes a natural laboratory to study of the interactions between ridge subduction, regional tectonics and climatic conditions on topographic evolution through time.To explore the impact of spreading ridge subduction on the overlying continental plate, analogue modeling of subduction of a ridge were conducted. The models highlight direct effects on the geometry of the slab et thus on the position of the magmatic arc. The arrival of the spreading ridge at trench, when the overriding plate moves rapidly trenchwards, induces a decrease of the superficial dip of the slab. This flattening results in an increase of the distance between the trench and the magmatic arc, prior to the ridge subduction. The eastwards migration of the magmatic arc is consistent with the observed magmatic activity migration in Patagonia during the early Miocene, a few million years before the arrival of the Chile Ridge at trench around 14 My. These models also suggest that the subduction of the ridge induces a horizontal shortening of the overriding plate, as observed in Patagonia during the early-middle Miocene. Shortening ceases when the ridge subducts.To explore the role and of tectonic and climate (glaciation) on the topography and exhumation rates, thermochronological data have been acquired in two localities: the Fitz Roy granitic massif, emplaced during the lower Miocene around 16,5 My at a depth of about 8 km and the overlying Cretaceous sandstones located to the East. Apatite fission track data (AFT) from granites provides a mean signal of 14,8 My. This suggests that the pluton cooled rapidly after its intrusion below 110 °C. The signal obtained in sandstones is younger at 12,5 My. We suggest that the fast denudation is related to the arrival of the ridge at trench and precedes its subduction, which take places at about 12 My at the latitude 49°S. Although we have not been able to constrain the exact timing of shortening in the fold and thrust belt, related to ridge subduction. We suggest that this deformation related to the ridge subduction may have ceased between the lower and the middle Miocene, based on other studies realized to the North and to the South of our study area.The (U-Th)/He data in apatite (AHe) present a signal between 7 and 6 My, that highlights the effect of the first glaciations of Patagonia that induced an acceleration of the relief denudation. We suggest that glacial erosion play a major role on the topography and relief denudation during the late Miocene. Glaciers of Patagonia at the latitude 49°S did not have a protector role of the relief, as suggested by Thomson et al. (2010).To conclude, evolution of relief in Patagonia is the result of both tectonic and climatic processes. In our study area, at a 49°S latitude, the effect of each process has been highlighted because they are not contemporaneous but separated by about 6 to 7 My

Le Queyras est particulièrement exposé aux aléas d’origine torrentiel et gravitaire. Dans le cadre du projet SAMCO, une étude se voulant systémique a été menée sur cet espace. Combinant l’étude des aléas et l’évaluation de la vulnérabilité, cette analyse a été menée à différentes échelles spatiales afin de se conformer aux attentes des gestionnaires du risque. Ce travail de recherche est divisé en cinq parties. La première partie est consacrée à l’analyse des facteurs pouvant prédisposer le bassin du Haut-Guil au déclenchement d’aléas d’origine torrentielle et gravitaire. Y sont exposés les caractéristiques géologiques, géomorphologiques, anthropiques et hydroclimatique du bassin du Haut-Guil. Ces travaux ont permis d’identifier les principaux risques et de mettre en avant le rôle des transferts sédimentaires et des phénomènes de retour d’est dans la genèse des risques. La deuxième partie se focalise sur l’un des sous-bassins les plus actifs du bassin en matière de transferts sédimentaires : le Peynin. L’objectif était d’évaluer le rôle des sédiments dans la genèse des aléas. On s’est ici intéressé à la caractérisation et la quantification des stocks sédimentaires du Peynin, à la quantification des transferts sédimentaires, à l’établissement d’un budget sédimentaire sur 20 ans et à l’analyse de la connectivité fonctionnelle du bassin du Peynin. Ces travaux ont permis de formaliser la cascade sédimentaire du Peynin et de mettre en avant le rôle des laves torrentielles dans la recharge des stocks intermédiaires. Ces travaux ont aussi mis en lumière la nécessité d’une recharge des stocks comme condition au déclenchement de crues catastrophiques. Dans la troisième partie sont exposées les cartes produites pour chacun des aléas pris en compte : les crues torrentielles, les glissements de terrain et les avalanches. L’aléa crue torrentielle a été cartographié par diachronie et à l’aide d’une modélisation hydraulique. L’aléa glissement de terrain a été cartographié suite à une modélisation de la susceptibilité aux glissements de terrain. L’aléa avalancheux a été cartographié à partir des cartes de la CLPA complétées. Ces travaux ont mis en évidence la forte exposition des communes de la Haute-Vallée du Guil aux aléas torrentiels et gravitaires. L’exposition des communes du bas-Queyras et des vallées des Aigues est moindre. Dans la quatrième partie nous nous sommes intéressés à la composante vulnérabilité du risque. Cette dernière a été évaluée dans ses dimensions biophysique et sociale, d’abord séparément puis conjointement afin de donner un aperçu de la vulnérabilité globale du territoire. On a ainsi procédé à l’évaluation des conséquences potentielles des différents aléas sur les enjeux bio-physiques du Queyras, à l’analyse des perceptions individuelles et collectives des risques. Ce travail effectué, nous avons proposé une méthode innovante visant à évaluer ensemble les aspects biophysiques et socio-économiques de la vulnérabilité. Sur l’aspect biophysique, ce sont les communes de la haute-vallée du Guil qui apparaissent les plus vulnérables. Sur le volet social, la tendance est inverse. Dans la cinquième partie, nous avons procédé à l’analyse des risques et de leurs évolutions possibles dans un contexte de changement global. Y sont exposés les travaux relatifs à notre analyse des risques dans le Queyras. Ils s’accompagnent d’une réflexion sur la résilience des communautés queyrassines et sur les modalités de la gestion des risques à l’échelle du bassin-versant et de la commune. Quatre scénarios d’évolution de l’occupation du sol aux horizons 2050 et 2100 sont présentés. Ces scénarios simulent les évolutions possibles du territoire face à différents contextes socio-économiques. D’une manière générale, les risques sont très importants dans le Queyras néanmoins, les commutées queyrassines montrent des signes évidents de résiliences
The Queyras is particularly exposed to the vagaries of torrential and gravitational origin. As part of the SAMCO project, a systemic study was conducted on this space. Combining the study of hazards and the assessment of vulnerability, this analysis was conducted at different spatial scales in order to conform to the expectations of risk managers. This research work is divided into five parts. The first part is devoted to the analysis of the factors that may predispose the Haut-Guil basin to the triggering of hazards of torrential and gravitational origin. The geological, geomorphological, anthropogenic and hydroclimatic features of the Haut-Guil basin are exposed. This work has identified the main risks and highlighted the role of sedimentary transfers and east-return phenomena in the genesis of risks. The second part focuses on one of the basin's most active sub-basins for sedimentary transfers: the Peynin. The objective was to assess the role of sediments in the genesis of hazards. The study focused on the characterization and quantification of Peynin sedimentary stocks, the quantification of sedimentary transfers, the establishment of a 20-year sedimentary budget, and the analysis of functional connectivity of the basin. Peynin. This work has made it possible to formalize the Peynin sedimentary waterfall and to highlight the role of torrential lavas in recharging intermediate stocks. This work also highlighted the need for stock recharging as a condition for the outbreak of catastrophic floods. In the third part are exposed the maps produced for each of the hazards taken into account: torrential floods, landslides and avalanches. The torrential raw hazard was mapped by diachrony and hydraulic modelling. Landslide hazard was mapped following a modelling of landslide susceptibility. The avalanche hazard was mapped from the completed CLPA maps. This work highlighted the strong exposure of the municipalities of the Upper Valley of the Guil to the vagaries of torrential and gravitational hazards. The exposure of the communes of Lower Queyras and the Aigues valleys is less. In the fourth part we looked at the vulnerability component of the risk. The latter was evaluated in its biophysical and social dimensions, first separately and then jointly to give an overview of the overall vulnerability of the territory. The potential consequences of the various hazards on the bio-physical issues of Queyras were assessed, and individual and collective perceptions of risks were analysed. This work carried out, we proposed an innovative method to jointly evaluate the biophysical and socio-economic aspects of vulnerability. On the biophysical aspect, it is the municipalities of the upper Valley of the Guil that appear the most vulnerable. On the social side, the trend is reversed. In the fifth part, we analyzed the risks and their possible evolutions in a context of global change. It outlines the work on our risk analysis in Queyras. They are accompanied by a reflection on the resilience of Queyrassin communities and on the modalities of risk management at the watershed and community level. Four scenarios for the evolution of land use in the 2050 and 2100 horizons are presented. These scenarios simulate possible changes in the territory in the face of different socio-economic contexts. In general, the risks are very high in Queyras however, the queyrassine switches show obvious signs of resilience

Les modes de déformation des systèmes de rift hyper-étirés pauvres en magma évoluent dans le temps et dans l’espace. Ainsi les structures et architectures observées varient le long d’une section en profondeur ainsi que sur une carte. Cette étude vise à caractériser les modes de déformation des systèmes hyper-étirés et leur propagation en utilisant les exemples du sud de l’Atlantique Nord. L’architecture de la terminaison de la croûte continentale a été comparée à la théorie du prisme critique de Coulomb car sa forme est prismatique, la déformation finale est cassante/frictionnelle et ce prisme glisse sur un décollement basal. Cette théorie met en évidence le comportement distinct des deux marges conjuguées. De plus, elle contraint l’architecture crustale, permet l’intégration des failles contre-régionales et explique la formation des blocs allochtones dans un modèle de failles en séquence. L’intégration des modes de déformation dans un modèle évolutif 3D impose un contexte cinématique fiable, ce qui n’est pas le cas de l’ouverture océanique du sud de l’Atlantique Nord. Ceci est dû à l’interprétation de l’anomalie J comme un isochrone. L’investigation de cette anomalie indique une formation polygénique et polyphasée incohérente avec un isochrone ou une limite de domaine. Ainsi l’anomalie J est inutilisable pour les reconstructions cinématiques. L’évolution de la déformation de rift a été analysée grâce à une nouvelle reconstruction cinématique du sud de l’Atlantique Nord. Il apparait alors que la déformation de la croûte continentale est segmentée alors que la propagation de la croûte océanique forme un V. L’approche développée dans cette thèse pose également de nouvelles questions géodynamiques quant à l’influence de l’héritage et l’effet des points triple
Deformation modes of magma-poor hyper-extended rift systems evolve through time and space. Hence the observed structures and architectures vary along a depth section as well as on a map. This study aims to characterize the deformation modes of hyper-extended systems and their propagation using the examples of the southern North Atlantic. The architecture of the continental crust termination has been compared to the critical Coulomb wedge theory because it has a wedge shape, the final deformation is brittle/frictional and this wedge is gliding over a basal detachment. This theory highlights the distinct behavior of the two conjugate margins. Moreover it constrains crustal architecture of the continental crust termination, integrates continentward dipping faults and explains the formation of extensional allochthons in a sequential faulting model. The integration of deformation modes in an evolving 3D model necessitates a reliable kinematic context, which is not the case for the opening of the southern North Atlantic Ocean. This is linked to the interpretation of the J-magnetic anomaly as an oceanic isochron. Re-investigations of this anomaly revealed its polygenic and polyphased formation, which is inconsistent for an oceanic isochrons or a domain boundary making it unusable for plate reconstruction. The evolution of rift deformation has been analyzed with a new plate reconstruction of the southern North Atlantic. It appears that the continental crust deformation is segmented whereas oceanic crust propagates in a V-shape. The approach developed in this thesis also asks new geodynamical questions on the influence of inheritance and the effect of triple junction

Les dépôts gravitaires carbonatés peuvent former d'importants volumes à la transition plate-forme/bassin; notamment en domaine tropical où les biotopes néritiques carbonatés sont de prolifiques usines à sédiments pouvant être redéposés dans le milieu marin profond adjacent. Ce travail porte sur les dépôts gravitaires carbonatés d'âge Crétacé de la Péninsule du Gargano (SE Italie). Une cartographie géologique détaillée et la modélisation numérique 3D (supportées par un MNT obtenu par LIDAR héliporté) ont été couplées à des analyses sédimentologiques et biostratigraphiques afin de caractériser l'évolution spatiale et temporelle de systèmes de dépôts gravitaires distincts. Les surfaces stratigraphiques 3D ont été restaurées afin d'évaluer l'impact de la paléo-topographie sur la distribution spatiale et la géométrie des corps. La corrélation avec les séries de plate-forme de même âge a permis d'établir les relations entre nature des resédimentations (sables vs. brèches) et le niveau marin. Les données qualitatives et quantitatives d'affleurements ont permis de générer des modèles numériques 3D de lithofacies à partir de méthodes de simulations stochastiques. Enfin, des mesures des paramètres physiques des roches ont été couplées à des analyses pétrographiques afin de d'évaluer l'impact de la fabrique sédimentaire et des types poreux sur les propriétés acoustiques et réservoirs de ces carbonates. Cette approche multidisciplinaire démontre l'importance du couplage de méthodes d'analyses de terrain dites «traditionelles» avec des donnés numériques et la modélisation 3D afin d'améliorer la caractérisation et les modèles des systèmes et réservoirs sédimentaires
Carbonate gravity flow deposits can form significant volumes at the platform-to-basin transition; especially because tropical shallow-water carbonate environments are major sediment factories, the products of which, early lithified or not, are likely to be redeposited in the adjacent deep marine domain. This work has focused on the Cretaceous resedimented carbonates of the Gargano Peninsula (SE Italy). Extensive geological mapping and 3-D numerical modelling (supported by a LIDAR DEM) were associated to sedimentologic and biostratigraphic analyses to assess the spatial and temporal evolution of distinct deep-water depositional systems. Key 3-D stratigraphic surfaces were restored to investigate the impact of the paleo-topography on the geometry and spatial distribution of the gravity flow deposits. Correlation with the coeval shallow-water platform series has served to assess the relationships between the nature of the resedimented carbonates (i.e. bioclastic sands versus breccias) and sea level. Qualitative and quantitative outcrop data were transferred into 3-D numerical models of lithofacies that were generated at seismic scale with stochastic simulation methods. Finally, petrophysical measurements were coupled with quantitative petrographic analyses to assess the impact of sedimentary fabrics and pore types on acoustic and reservoir properties of carbonate gravity flow deposits. This multidisciplinary approach demonstrates that coupling traditional field work analyses with outcrop numerical data (e.g. LIDAR-derived) and 3-D geological modelling is a relevant method for improving outcrop characterization and conceptual models of sedimentary systems and reservoirs

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires
In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems

L’archipel du Prince Édouard est situé dans le Courant Circumpolaire Antarctique, entre le Front Subantarctique (SAF) et le front polaire (PF). Les positions de ces fronts se sont révélées très variables aux échelles interannuelles et mensuelles et ont montré une tendance à long terme à migrer vers le sud dans la région. L'activité tourbillonnaire, observée à la dorsale sud-ouest indienne, en amont de l’archipel, a également affiché une variabilité interannuelle et intra-annuelle ainsi qu’une tendance à la baisse sur ces 24 dernières années. A une échelle plus locale, nous avons souligné que les conditions aux îles sont impactées par ces tourbillons mésoéchelle produits en amont. La marée a également été mise en évidence comme jouant un rôle non négligeable dans la variabilité de la circulation entre les îles. Une configuration idéalisée a été mise en place pour la région afin d’étudier les propriétés des tourbillons et les mécanismes physiques à l’origine de leur formation. L'énergie potentielle tourbillonnaire disponible a révélé un maximum d'énergie aux alentours de 800 m de profondeur, confirmant le caractère « deep-reaching » des tourbillons. Cette activité tourbillonnaire a été montrée comme étant le résultat d'une combinaison d’instabilités barotropes et baroclines. Enfin, nous avons enquêté sur les conséquences potentielles d'une migration vers le sud du SAF dans la région des îles. Le modèle étant idéalisé, il nous a permis de simuler un déplacement vers le sud en déplaçant les conditions initiales ainsi que les conditions aux limites. Le principal résultat a été la nette diminution de l'activité mésoéchelle dans la région, ce qui pourrait avoir un impact sur les écosystèmes de l’archipel du Prince Édouard
The subantarctic Prince Edward Islands lie in the Antarctic Circumpolar Current, between the Subantarctic Front (SAF) and the Polar Front (PF). These fronts positions were found to be highly variable at interannual and monthly time scales and revealed a significant long-term southward trend in the region. The intense mesoscale activity, observed upstream the islands at the South West Indian Ridge, also showed an interannual and intra-annual variability as well a decrease in eddy kinetic energy over 24 years. At a more local scale, we highlighted that the archipelago’s environment was impacted by the mesoscale features produced upstream.Tides appeared to be another important driver of variability of the circulation in between the two islands.An idealised model configuration was designed for the Prince Edward Islands region to study the mesoscale eddy properties and the physical mechanisms of their formation at the ridge. The Eddy Available Potential Energy revealed a maximum of energy around 800 m depth, confirming the deep reaching characteristic of the eddy originated in the region and suggested the presence of a local energy source at this depth. This eddies activity was shown to be the result of a combination of barotropic and baroclinic instabilities occurring at the ridge.Finally, we investigated on the potential consequences of a southward shift of the SAF in the region of the islands.Because the model was idealised, it allowed us to simulate an SAF southward shift by shifting the initial and boundary conditions. The main result was the clear decrease of mesoscale activity in the region which could potentially impact the ecosystems of the Prince Edward Islands

Les concentrations élevées en pesticides dans les eaux de surface drainant des bassins versants agricoles sont devenues une préoccupation majeure en Europe depuis une cinquantaine d'années. Les pesticides sont transférés dans l'environnement par différentes voies (le ruissellement de surface et de sub-surface, le flux de nappe), soit en solution soit adsorbés aux particules de sol en suspension dans l'eau. Les eaux de ruissellement et de percolation entraînent avec elles des charges de contaminants dont les concentrations en solution peuvent s'avérer toxiques pour la faune et la flore aquatique et rendre l'eau impropre à la consommation humaine si le réseau de drainage est une source de captage pour l'alimentation en eau potable. Les crues constituent donc des événements hydrologiques de première importance dans la contamination des eaux continentales par les pesticides. Les objectifs de cette thèse ont été de (1) caractériser, à l'aide d'un modèle agro-hydrologique, la dynamique des transferts de pesticides à l'échelle du bassin versant dans une région agricole, notamment en période de crue ; (2) identifier les facteurs de contrôle du transfert de pesticides et (3) améliorer, le cas échéant, les équations formalisées dans le modèle. Deux approches ont été menées de front afin de répondre aux questions posées : l'analyse de données mesurées et modélisées sur le bassin versant agricole de la Save (sud-ouest de la France). Une étude de faisabilité réalisée en préliminaire a montré que le modèle Soil and Water Assessment Tool (SWAT - Arnold et al., 1998) était adapté à la modélisation du transfert de pesticides, dans les phases dissoute et particulaire, à l'échelle du bassin versant. L'hydrologie et les concentrations à l'exutoire des phases dissoute et particulaire (respectivement les nitrates et les matières en suspension) ont été calibrées. Les voies privilégiées de transfert des pesticides en fonction des conditions hydrologiques ont été identifiées. La modélisation a ensuite été mise en œuvre avec des itinéraires techniques plus détaillés en entrée du modèle et des mesures sub-journalières de pesticides en crue. Les différentes voies de transfert des pesticides dans les deux phases, ainsi que leurs facteurs de contrôle environnementaux, ont été étudiés. Deux facteurs de contrôle, respectivement dépendant des pratiques agricoles (la date d'application des pesticides, qui est un facteur anthropique) et intrinsèque aux molécules de pesticides (le coefficient Kd de partition entre phases dissoute et particulaire, qui est un facteur physico-chimique) ont été abordés plus en détail. Le rôle de la typologie du bassin versant sur les transferts est discuté. Des cartes de risque de contamination des eaux de surface par les pesticides sont présentées pour le bassin de la Save. Dans la perspective d'améliorer le formalisme des modèles de transfert des pesticides, une équation qui relie le coefficient Kd au coefficient de distribution octanol/eau Kow et à la concentration en matières en suspension a été proposée.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e teste de esquemas upwind de alta resolução para o controle da difusão numérica em leis de conservação gerais e problemas em dinâmica dos fluidos. Em particular, são derivados dois novos esquemas: o ALUS (Adaptive Linear Upwind Scheme) e o TOPUS (Third-Order Polynomial Upwind Scheme). Esses esquemas são testados no transporte de escalares, em equações 1D tipo convecção-difusão, em sistemas hiperbólicos 1D, nas equações de Euler 2D da dinâmica dos gases e nas equações de Navier-Stokes incompressíveis 2D/3D. Os esquemas são então associados a uma modelagem algébrica não linear para a simulação de problemas de escoamentos incompressíveis turbulentos 2D com/sem superfícies livres
In this work, results of the development and testing of high-resolution upwind schemes for controlling of the numerical diffusion for general conservation laws and fluid dynamics problems are presented. In particular, two new high-resolution upwind schemes are derived, namely, the ALUS (Adaptive Linear Upwind Scheme) and the TOPUS (Third-Order Polynomial Upwind Scheme). These schemes are tested in scalar transport, 1D convection-diffusion equations, 1D hyperbolic systems, 2D Euler equations of the gas dynamics, and in 2D/3D incompressible Navier-Stokes equations. The schemes are then combined with a nonlinear Reynolds stress algebraic equation model for the simulation of 2D incompressible turbulent flows with/without free surfaces

Dans le bassin d’avant-pays sud-pyrénéen, la continuité exceptionnelle des environnements de dépôts du complexe deltaïque éocène moyen du Sobrarbe permet d’observer l’architecture stratigraphique et sédimentaire d’un système fluvio-deltaïque syntectonique à différents échelles. L’objectif principal de cette étude est de déterminer l’origine des facteurs allogéniques et/ou autogéniques contrôlant la géométrie et la répartition des dépôts d’un tel système sédimentaire en contexte compressif, dans le but de pouvoir le comparer à d’autres systèmes deltaïques accumulés dans des contextes géologiques différents. Cette étude est basée sur l’acquisition d’une cartographie géologique détaillée et d’une soixantaine de logs sédimentologiques. La base de données est complétée par une actualisation de données chronostratigraphiques issues de la littérature, l’acquisition de données magnétostratigraphiques. L’analyse sédimentologique et stratigraphique du système sédimentaire aboutit à une description précise des géométries, des faciès et des processus physiques caractérisant les différents environnements de dépôt répartis au sein de deux modèles sédimentaires : un système fluvio-deltaïque de forte énergie développé pendant les phases progradantes, un système mixte gréso-carbonaté de basse énergie caractérisant les phases aggrado-progradantes et transgressives. L’analyse de trois transects de corrélation, d’orientation proximale-distale, a permis la distinction de trois ordres de séquence imbriqués : les séquences de cinquième ordre, les séquences de quatrième ordre et les séquences de troisième ordre. L’organisation complexe des différents cortèges de dépôts des séquences de quatrième et de troisième ordre reflète des variations d’accommodation provoquées principalement par les déformations structurales de différentes longueurs d’onde, secondairement par les variations eustatiques. Une analyse poussée des cortèges de dépôts permet une discussion sur les interrelations entre les trois paramètres majeurs qui contrôlent la dynamique du système sédimentaire dans le temps et dans l’espace: les variations du taux d’accommodation, du flux sédimentaire et l’influence des processus sédimentaires. Ces éléments fournissent des informations semi-quantitatives sur l’accumulation sédimentaire au sein des différents environnements de dépôt (source to sink). La synthèse des résultats aboutit à la reconstruction séquentielle de la paléogéographique du complexe deltaïque du Sobrarbe. Enfin; l’analyse de la subsidence du bassin d’Ainsa a permis de reconstituer l’évolution de la sédimentation et du bassin sédimentaire entre le Lutétien et l’Oligocène. Une étude intégrée affleurement-modélisation sismique synthétique-analogue réel de subsurface fournit une combinaison de données architecturales et dimensionnelles, qui est utilisée pour améliorer les interprétations sismiques des systèmes réservoirs fluvio-deltaïques. De telles études réduisent considérablement les incertitudes associées à la résolution des données de subsurface, ce qui permet une meilleure évaluation économique des réservoirs
In the South-Pyrenean foreland basin, the exceptional continuity of middle Eocene Sobrarbe deltaic complex deposit environments allows to observe the stratigraphic and sedimentary architecture of a syntectonic river-dominated delta system at different scales. The main objective of this study is to determine the origin of allogenic and/or autogenic factors that control the distribution of deposits of such sedimentary system in a compressive setting, in order to compare it to other deltaic systems that accumulate in different geological contexts. This study is based on the acquisition of detailed geological mapping and about sixty measured sections. The database is complemented by updating chronostratigraphic data from the literature and additional magnetostratigraphic data. Sedimentological and stratigraphic analysis of the sedimentary system leads to an accurate description of geometry, facies and physical processes of different depositional environments distributed along two sedimentary models: a high energy river-delta system developed during progradational phases, a low energy mixed siliciclastic-carbonate system characterizing the aggrado-progradational and transgressive phases. Three dip sections analysis allows the identification of three nested order sequence: fifth-order sequences, fourth-order sequences and third-order sequences. The complex organization of fourth and third-order sequences systems tracts reflects accommodation variations caused mainly by structural deformation at different scales, secondary by eustatic changes. An advanced systems tract analysis leads a discussion of interrelationships between three main parameters that control the dynamics in time and space of sedimentary system: changes in the accommodation rate, sediment input and the influence of sedimentary processes. These elements provide semi-quantitative information regarding to the sediment accumulation within the different depositional environments (source to sink). Summary of results leads to the sequential reconstruction of the Sobrarbe deltaic complex paleogeography. Subsidence analysis of the Ainsa basin permits to reconstruct the sedimentation and sedimentary basin evolution from Lutetian to Oligocene times. An integrated study of outcrop-forward seismic modelling-real seismic analog provides an architectural and dimensional data combination used to improve seismic interpretation of river-deltaic reservoir systems. Such studies greatly reduce the uncertainties associated with the resolution of subsurface data, enabling better economic assessment of reservoirs
En la cuenca de antepais surpirenaica, la continuidad extraordinaria de los ambientes de deposito del complejo deltaico eoceno medio del Sobrarbe permite la observacion de la arquitectura estratigrafica y sedimentaria de un sistema fluvio-deltaico sintectonico a diferentes escalas. El objetivo principal del estudio presentado es la determinacion del origen de los factores alogenicos y/o autogenicos que controlan la distribucion de los depositos de dicho sistema sedimentario en contexto compresivo, para poder compararlo con otros sistemas deltaicos acumulados en contextos geologicos diferentes. Este estudio se basa en la adquisicion de una cartografia geologica detallada y de una sesentena de columnas sedimentarias. La base de datos se completa mediante la actualizacion de los datos cronoestratigraficos originarios de la literatura y la adquisicion puntual de datos magnetoestratigraficos. El analisis sedimentologico y estratigrafico del sistema sedimentario ha dado lugar a una descripcion exacta de las geometrias, las facies, y de los procesos fisicos que caracterizan los diferentes ambientes de depositos dentro de dos modelos sedimentarios: un sistema fluvio-deltaico de alta energia desarrollado durante fases progradantes, un sistema mixto detritico-carbonatado caracterizando fases agrado-progradantes y transgresivas. El analisis de tres paneles de correlacion, de orientacion proximal-distal, ha permitido la distincion de tres ordenes de secuencialidad: secuencias de quinto orden, de cuarto orden y de tercer orden. La organizacion compleja de diferentes cortejos de deposito de secuencias de cuarto y tercer orden refleja variaciones de acomodacion provocadas principalmente por la deformacion estructural a diferentes escalas y por variaciones eustaticas. Un analisis detallado de los cortejos sedimentarios permite una discusion sobre interrelaciones entre los tres parametros mayores que controlan la dinamica del sistema sedimentario en el espacio y en el tiempo: las variaciones de la tasa de acomodacion, del flujo sedimentario y la influencia de procesos sedimentarios. Dichos elementos proporcionan informacion semicuantitativa sobre la acumulacion sedimentaria en los ambientes de deposito (source to sink). La sintesis de los resultados llega a la reconstruccion de la paleogeografia del complejo deltaico del Sobrarbe. Finalmente, el analisis de la subsidencia de la cuenca de Ainsa ha permitido de reconstruir la evolucion de la sedimentacion y de la cuenca sedimentaria entre el Luteciense y el Oligoceno. Un estudio integrado afloramiento-modelizacion sismica sintetica-analogo real de subsuelo proporciona una combinacion de datos arquitecturales y dimensionales util para mejorar interpretaciones sismicas de sistemas reservorios fluvio-deltaicos. Dichos estudios reducen de manera considerable incertidumbres asociadas a la resolucion de los datos de subsuelo, lo que permite una mejor evaluacion economica de los reservorios

Thesis (DSc)--Stellenbosch University, 2015.
ENGLISH ABSTRACT: Anatexis is the first step in granite genesis. Partial melting in the lower crust may produce leucoratic features of unusual chemical compositions, very different from the final products of crustal differentiation. Therefore, the links that exists between some migmatites and crustal-derived granites can be ambiguous. This study is an investigation of the anatectic history of a high-grade terrain: the Southern Marginal Zone of the Limpopo Belt (SMZ), north to the Kaapvaal Craton in South Africa. The work involved an integrated field, metamorphic, geochemical and geochronogical study of the metasedimentary granulites from two separate quarries in the northern zone of the Southern Marginal Zone, the Bandelierkop quarry and the Brakspruit quarry, where Neoarchean high-grade partial melting features can be observed. The project has aimed to address two main issues: (1) to accurately constrain the pressuretemperature conditions and the age of the metamorphic episode in the SMZ, with implication for the geodynamic processes near the end of the Archean, (2) to investigate the fluid-absent partial melting reactions that control formation of K2O-poor leucosomes and to understand the chemical relationships in the system source-leucosome-melt–S-type granite. The P-T-t record retained in the Bandelierkop Formation metapelites, constrained by phase equilibria modelling as well as zircon LA-ICP-MS geochronology, gives an insight into crustal differentiation processes in the lower crust. Rocks in both quarries indicate high-temperature metamorphism episodes with peak conditions of 840-860 oC and 9-11 kbar at c. 2.71 Ga with formation of leucosomes (L1) during the prograde path. Minor leucocratic features (L2) were produced during decompression to 6-7 kbar. The end of the metamorphic event is marked by the granulites/amphibolites facies transition (< 640 oC) at c. 2.68 Ga. The maximum deposit age for the detrital zircons in the metapelites (c. 2.73 Ga) indicates a rapid burial process ( 0.17 cm.y1). Those evidences strongly support that the Southern Marginal Zone contains sediments deposited in an active margin during convergence, and that the metapelites were metamorphosed and partially melted as a consequence of continental collision along the northern margin of the Kaapvaal Craton at c. 2.7 Ga. The leucocratic features generated along this P-T-t path display an unusual chemistry with low K2O and FeO+MgO content and high CaO content. The combination of field observations, chemical mapping and geochemical analyses leads to the conclusion the major part of the leucosomes (L1) crystallized prior to syn-peak of metamorphism concurrent with melt extraction from the source. This study documents the details of leucosomes formation using field observations in the Southern Marginal Zone and numerical modelling. This work demonstrates that the formation of K2O-poor leucosome in the metasedimentary lower crust is controlled by the difference in volume of equilibration and heterogeneities within the migmatites. The partial melting of the source coupled with melt loss and water diffusivity within the melt transfer site is a potential mechanism to explain the chemical link in the sytem residuum– melt–S-type granite.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Anateksis is die eerste stap in granietgenese. Meganismes wat in die onderste kors aan die werk is, is verantwoordelik vir korsdifferensiasie en bepaal die chemiese samestelling van die graniet. Hierdie studie het’n ondersoek behels van die anatektiese geskiedenis van ’n ho egraadse terrein: die suidelike randstreek van die Limpopo-gordel, noord van die Kaapvaal-kraton in Suid-Afrika. Die werk het ’n ge integreerde veld- , metamorfiese, geochemiese en geochronologiese studie van die metasedimentêre granuliete van twee afsonderlike groewe in die noordelike sone van die suidelike randstreek (SRS), die Bandelierkop-groef en die Brakspruit-groef, waar Neoarge iese ho egraadse gedeeltelike smeltkenmerke waargeneem kan word, ingesluit. Die projek was gerig op die ondersoek van twee belangrike kwessies: (1) om die drukâtemperatuurtoestande en die ouderdom van die metamorfiese episode in die SRS akkuraat te beheer, met implikasie vir die geodinamiese prosesse naby die einde van die Arge ikum, en (2) om die reaksies onder gedeeltelik gesmelte toestande wat die vorming van migmatiete beheer, te ondersoek en die chemiese verwantskappe in die stelsel bron - leukosoom - smelt - S-tipe graniet te begryp. Die P-T-t-rekord wat in die Bandelierkop-formasie metapeliete behoue is, ingeperk deur modellering van fase-ekwilibria asook sirkoon LA-ICP-MS-geochronologie, gee insig in korsdifferensiasieprosesse in die onderste kors. Rotse in albei groewe dui op metamorfismeepisodes teen hoë temperature met piektoestande van 840â860 oC en 9â11 kbar teen ongeveer 2.71 Ga met vorming van leukosome (L1) gedurende die progradeerpad. Geringe leukokratiese eienskappe (L2) het tydens dekompressie tot 6â7 kbar ontstaan. Die einde van die metamorfiese voorval word gekenmerk deur die fasiesoorgang van granuliete / amfiboliete (<640 oC) by ongeveer 2.68 Ga. Die maksimum afsettingsouderdom vir die detitrale sirkone in die metapeliete (ongeveer 2.73 Ga) dui op Å snelle begrawingsproses ( 0.17 cm.y1). Daardie bewyse bied sterk ondersteuning daarvoor dat die SRS sedimente bevat wat gedurende konvergensie in Å aktiewe rand afgeset is, en dat die metapeliete gemetamorfoseer en gedeeltelik gesmelt het as gevolg van kontinentbotsing langs die noordelike rand van die Kaapvaal-kraton teen ongeveer 2.7 Ga. Die leukokratiese eienskappe wat langs hierdie P-T-t-pad opgewek word, toon Å ongewone chemiese samestelling met lae K2O en FeO+MgO-inhoud en ho e CaO-inhoud. Die kombinasie van veldwaarnemings, chemiese kartering en geochemiese ontledings lei tot die gevolgtrekking dat die grootste deel van die leukosome (L1) gekristalliseer het voor die syn-piek van metamorfisme tesame met smeltekstraksie van die bron. Hierdie studie het die besonderhede van leukosoomformasie met behulp van veldwaarnemings in die SRS en numeriese modellering opgeteken. Hierdie werk toon aan dat korsdifferensiasie in die metasedimentêre onderste kors deur Å ander volume van ekwilibrasie en heterogeniteite in die migmatiete beheer word. Die gedeeltelike smelting van die bron gepaard met smeltverlies en waterdiffusiwiteit tot in die smeltoordragterrein is ’n potensiele meganisme om die chemiese skakel in die stelsel residuum-smelt-S-tipe graniet te verklaar.

La composition chimique de la croûte continentale a significativement évolué à la transition Archéen-Protérozoïque (3000-2500 Ma), témoignant de changements géodynamiques majeurs à cette époque. Afin d'étudier l'expression et les origines de ces changements, qui sont encore mal contraints, j'ai étudié une diversité de granitoïdes qui se sont mis en place dans cette gamme d'âges à la marge Nord du craton du Kaapvaal, en Afrique du Sud. Ce travail a permis de préciser la typologie et l'origine des granitoïdes tardi-archéens ; ceux-ci peuvent être classés dans trois grands groupes : (1) Les sanukitoïdes, représentés en Afrique du Sud par le pluton de Bulai, sont des magmas dérivant de l'interaction entre une péridotite mantellique et un composant riche en éléments incompatibles (TTG, liquide issu de la fusion de sédiments, et, plus rarement, fluide aqueux). Les sanukitoïdes peuvent être classés en deux groupes distincts, selon les mécanismes de cette hybridation : les low-Ti sanukitoids proviennent d'une simple hybridation du liquide silicaté avec la péridotite, alors que les high-Ti sanukitoids sont issus de la fusion d'un assemblage métasomatique à amphibole et phlogopite, résultant de ces interactions. Enfin, les mécanismes de différenciation des suites sanukitoïdes au niveau de la croûte sont contrôlées par des mécanismes de cristallisation fractionnée ou (moins vraisemblablement) de fusion partielle. (2) Les sanukitoïdes " marginaux ", représentés dans le craton du Kaapvaal par les plutons de Mashashane, Matlala, Matok et Moletsi, sont des granitoïdes résultant de l'interaction entre des sanukitoïdes et des magmas provenant de la fusion de croûte préexistante. Etant donné la large gamme de sources possibles (TTG, métasédiments, roches mafiques) d'un craton à l'autre, ce groupe est extrêmement diversifié. Leurs mécanismes de différenciation sont contrôlés par la cristallisation fractionnée. (3) Certains granites, tels que le batholite de Turfloop en Afrique du Sud, sont directement issus de la fusion de lithologies crustales (TTG, métasédiments et amphibolites). Au sein du craton du Kaapvaal, l'évolution spatio-temporelle du magmatisme tardi-archéen suit un schéma très caractéristique : les TTG se mettent en place entre ~3300 et ~2800 Ma, puis laissent la place à la genèse de l'ensemble des granitoïdes présentés ci-dessus, qui se déroule entre 2780 et 2590 Ma. Cette séquence d'évènements est reproduite au sein de tous les cratons du monde à la fin de l'Archéen. Elle témoigne de l'avènement des processus de recyclage crustal, puisque, par opposition aux TTG archéennes qui dérivent de métabasaltes juvéniles, les magmas tardi-archéens sont issus à la fois de la différenciation intracrustale et de l'interaction entre une péridotite et du matériel continental introduit dans le manteau. Cette dualité de processus pétrogénétiques est aussi très typique des épisodes magmatiques qui ont lieu à la fin des cycles de subduction-collision post-archéens. Ainsi, l'évolution de la composition des granitoïdes entre 3000 et 2500 Ma traduit vraisemblablement l'initiation d'une forme de tectonique des plaques proche du régime actuel. Celle-ci serait liée au refroidissement planétaire global, qui a probablement entraîné un " effet de seuil " dans l'évolution de l'épaisseur de la croûte océanique ainsi que la rhéologie et le volume de la croûte continentale, permettant ainsi à la subduction et à la collision de ne devenir thermo-mécaniquement stables qu'à partir de la fin de l'Archéen.

Cette thèse explore l'utilisation de données multi-échelles pour modéliser une représentation tridimensionnelle (3D) et générer un registre numérique complet d'un assemblage de fossiles contenant des hominines à partir de l'unité lithostratigraphique P à Kromdraai situé dans le " berceau de l'humanité " classé au patrimoine mondial par l'UNESCO (Province de Gauteng, Afrique du Sud). Les objectifs principaux de cette recherche sont d'illustrer en 3D la progression temporelle et spatiale des fouilles de Kromdraai sur la période 2014-2018, d'analyse la distribution spatiale des vestiges d'homininés et de faune, comme des outils, et finalement, de fournir une documentation sur le patrimoine archéologique de Kromdraai. Nous avons réalisé une analyse multi-scalaire du site, avec l'application de méthodes de photogrammétrie terrestre et aérienne. Conformément aux principes et directives de la gestion du patrimoine archéologique mandatés par les agences internationales telles que l'UNESCO, nous présentons également un protocole de documentation du patrimoine. Nous avons utilisé des technologies de capture de données 3D pour numériser le site de Kromdraai et ses éléments archéologiques découverts entre 2014 et 2018 lors des fouilles. Cette recherche présente une technique originale développée pour la visualisation et la quantification des sédiments volumiques prélevés sur le site à chaque période de fouille par chaque fouilleur. Les estimations de volume calculées à l'aide de la photogrammétrie 3D fournissent un contexte temporel et spatial des sédiments prélevés lors des fouilles successives, et permettent un repositionnement virtuel et plus précis des vestiges découverts ex situ. De plus, nous avons mis en place une modélisation des métadonnées pour démontrer l'utilisation d'un système de gestion de base de données 4D pour la fusion, l'organisation et la diffusion de l'ensemble des données du site de Kromdraai et le partage de la propriété intellectuelle. Nous introduisons également l'une des premières approches statistiques de la modélisation spatiale 3D dans un site Plio-Pléistocène porteurs d'hominines en en Afrique du Sud. En mettant en œuvre des méthodes classiques de tests statistiques telles le partitionnement de données spatiales 3D, nous avons étudié les modèles de l'assemblage de fossiles dans l'unité P, ainsi qu'un échantillon de 810 spécimens catalogués entre 2014 et 2018. Le regroupement de bovidés, de carnivores, d'homininés et de primates non humains a révélé un modèle de distribution spatiale non uniforme des fossiles in situ. Cette recherche présente des méthodes précieuses qui peuvent être appliquées à d'autres sites fossiles contenant des hominines dans le berceau de l'humanité. Ces méthodes peuvent être appliquées pour documenter une fouille archéologique et reconstruire un site en 3D, ainsi que pour documenter des informations patrimoniales. Nos résultats permettent d'améliorer l'interprétation des assemblages fossiles à l'aide d'analyses basées sur des modèles 3D au sein d'un assemblage contenant des hominines
This thesis uses multi-scalar data to create a three-dimensional (3D) representation and, to generate a complete digital record of the early hominin-bearing fossil assemblage from the lithostratigraphic Unit P at Kromdraai in the Cradle of Humankind World Heritage Site (Gauteng Province, South Africa). The main purposes of this research were to illustrate in 3D the temporal and spatial progression of the excavations at Kromdraai since 2014, to investigate the spatial distribution of the hominin, faunal assemblages and artefacts, and ultimately, to provide an archive documenting the archaeological heritage of Kromdraai. We provided a multi-scalar analysis of various aspects of the study site, with the application of methods such as multi-image land and aerial photogrammetry. In alignment with the principles and guidelines for the management of archaeological heritage mandated by international agencies such as UNESCO, we also present a protocol for heritage documentation. We used 3D data capture technologies to record the Kromdraai site and the archaeological evidence discovered between 2014 and 2018 from its main excavation. This research presents an original technique developed for the quantification and visualization of the volume sediments removed from the site during each excavation period. Volume estimations computed using 3D photogrammetry and digitization, provided a temporal and spatial context to the volume and location of material removed by each excavator and, a more precise and virtual repositioning of the fossil material discovered ex situ. Furthermore, we implemented metadata modelling to demonstrate the use of 4D relational database management systems for the fusion, organisation and dissemination of the Kromdraai site dataset and the sharing of intellectual property. We also introduce one of the first statistical approaches of 3D spatial patterning in Plio-Pleistocene early hominin-bearing assemblages in South Africa. Implementing classic statistical testing methods such as k-means and Density-Based Spatial Clustering and Application with Noise (DBSCAN) cluster computation in 3D, we investigated the spatial patterns of the fossil assemblage within Unit P, a sample of 810 individually catalogued specimens recovered between 2014 and 2018. The clustering of bovids, carnivores, hominins, and non-human primates revealed a non-uniform spatial distribution pattern of fossils in-situ. This research presents valuable methods that can be applied at other hominin-bearing fossil sites within the Cradle of Humankind to document an archaeological excavation and to reconstruct of the site in 3D, to document heritage information, and to enhance the interpretation of the fossil assemblages using evidence-based assessment of spatial patterns within a hominin-bearing assemblage

Il raffreddamento stratosferico associato alla riduzione dell’ozono nelle regioni polari induce un rafforzamento dei venti occidentali nella bassa stratosfera, uno spostamento verso il polo e un’intensificazione del jet troposferico delle medie latitudini. Si riscontra una proiezione di questi cambiamenti a lungo termine sulla polarità ad alto indice di un modo di variabilità climatica, il Southern Annular Mode, alla superficie, dove i venti occidentali alle medie latitudini guidano la Corrente Circumpolare Antartica influenzando la circolazione oceanica meridionale e probabilmente l’estensione del ghiaccio marino ed i flussi di carbonio aria-mare nell’Oceano Meridionale. Una limitata rappresentazione dei processi stratosferici nei modelli climatici per la simulazione del passato e la previsione dei cambiamenti climatici futuri, sembrerebbe portare ad un errore nella rappresentazione dei cambiamenti troposferici a lungo termine nelle rispettive simulazioni. In questa tesi viene condotta un’analisi multi-model mettendo insieme i dati di output derivati da diverse simulazioni di modelli climatici accoppiati oceano-atmosfera, che partecipano al progetto CMIP5, con l'obiettivo di comprendere come le diverse rappresentazioni della dinamica stratosferica possano portare ad una differente rappresentazione dei cambiamenti climatici alla superficie. Vengono utilizzati modelli “High Top” (HT), che hanno una buona rappresentazione della dinamica stratosferica, e modelli “Low Top” (LT), che invece non ne hanno. I risultati vengono confrontati con le reanalisi meteorologiche globali disponibili (ERA-40). Viene mostrato come la rappresentazione e l’intensità del raffreddamento radiativo iniziale e di quello dinamico nella bassa stratosfera, nei modelli, siano i fattori chiave che controllano la successiva risposta troposferica, e come il raffreddamento stesso dipenda dalla rappresentazione della dinamica stratosferica. Si cerca inoltre di differenziare i modelli in base alla loro rappresentazione del raffreddamento radiativo e dinamico nella bassa stratosfera e alla risposta del jet troposferico. Nei modelli, si riscontra che il trend del jet nell'intera troposfera è significativamente correlato linearmente al raffreddamento stesso della bassa stratosfera.

La variabilité et la dynamique de l'upwelling côtier du Nord du Pérou au Sud du Chili (50°S) et des courants associés (CPCC Chile Peru coastal Current et PCUC Peru-Chile Undercurrent) ont été étudiées à l'aide de données satellites et de modèles numériques. Les caractéristiques des variations le long de la côte sont séparées par une zone de transition autour de 20°S où les vents, l'upwelling et le PCUC sont particulièrement faibles. Les origines des eaux du PCUC et de l'upwelling ont également été étudiées à l'aide d'outils lagrangiens et les transports ont été quantifiés. Trois sources ont été identifiées : l'EUC (Equatorial Undercurrent), les SSCC (Southern Sub-Surface Counter Current) et une troisième source au Sud du Chili, liée à l'ESPIW (Eastern South Pacific Intermediate Water).

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un projet LIFE+ qui vise à restaurer le fonctionnement hydromorphologique d’un hydrosystème rhénan. Une étude planimétrique couplée à des analyses hydromorphologiques et sédimentologiques ont permis (i) d’améliorer la compréhension des dynamiques d’ajustement passées et (ii) d’identifier les principales limites du projet. Les évolutions morphologiques post-restauration ont été suivies à l’aide d’une combinaison de méthodes géodésiques et géomorphologiques afin de déterminer précisément les volumes déposés / exportés à différentes échelles spatio-temporelles. Enfin, la thermographie infra-rouge aéroportée a permis de mettre en évidence les liens entre la répartition spatiale des anomalies thermiques, les caractéristiques morphodynamiques et les héritages géomorphologiques. L’approche interdisciplinaire développée dans ce travail a permis de guider les choix opérationnels pour optimiser le suivi et l’évaluation des restaurations fonctionnelles futures
This study is part of a LIFE+ project which aims to restore hydromorphological functioning of a Rhine hydrosystem. A planimetric study combined with hydromorphological and sedimentological analysis allowed to (i) improve understanding of past adjustment dynamics and (ii) identify main limitations of the project. Post-restoration morphological changes were monitored by geodesic and geomorphological methods combination in order to determine accurate volumes of sediment deposited / exported at different spatio-temporal scales. Finally, airborne thermal-infrared was used to highlight the relationship between spatial distribution of thermal anomalies, morphodynamic characteristics and inherited geomorphological features. Interdisciplinary approach leaded in this study was able to guide decision-makers choices in order to optimise the monitoring and assess future functional restorations

La définition des priorités en matière de santé, dans le contexte de la couverture sanitaire universelle, met l'accent sur trois valeurs : améliorer la santé de la population, garantir l'égalité d'accès aux services et la qualité de ceux-ci et éviter l'appauvrissement des usagers ou la sous-utilisation des services par ceux-ci en raison de dépenses non remboursables. L’efficience allocative peut être mesurée par rapport à l'une quelconque de ces valeurs, ou par rapport à l'ensemble, par différentes variantes de l'analyse coût-efficacité. Dans cette thèse, nous utilisons la « Generalized Cost-Effectiveness Analysis », une approche normalisée développée par le programme « Choosing Interventions that are Cost-Effective » de l’Organisation Mondiale de la Santé, (WHO-CHOICE), qui peut être appliquée à toutes les interventions dans différents contextes. En utilisant cette approche, notre travail de thèse fournit une estimation quantitative de l'efficience allocative des ressources pour trois groupes de problèmes de santé : les maladies transmissibles, les maladies non transmissibles, les accidents de la circulation, en mettant l'accent sur deux régions économiquement et épidémiologiquement différentes : l'Afrique subsaharienne de l’Est et l'Asie du Sud-Est. Nos objectifs étant d’éclairer les débats sur les politiques de santé, d’améliorer le corpus mondial de connaissances sur le rapport coût-efficacité de différentes interventions en fournissant davantage d’informations sur l’efficience de l’allocation de ressources pour les trois groupes de problèmes de santé précités et de contribuer aux discussions sur l’élaboration des programmes de soins de santé universels
Priority setting in health, in the context of Universal Health Coverage, emphasizes three values: improving population health, ensuring equity in access to and quality of services and avoiding impoverishment or underutilization of services as a result of out-of-pocket expenditures. Allocative efficiency can be measured with respect to any one of these values, or with respect to all together by different variants of Cost-Effectiveness Analysis. In this thesis, we use the Generalized Cost-Effectiveness Analysis, a standardized approach developed by the World Health Organization’s programme, ‘Choosing Interventions that are Cost-Effective’ (WHO-CHOICE) that can be applied to all interventions in different settings. This thesis provides a quantitative assessment of allocative efficiency within three health categories: communicable diseases, noncommunicable diseases, and road traffic injuries, focusing on two economically and epidemiologically diverse regions: Eastern sub-Saharan Africa and Southeast Asia. Our objectives are to inform health policy debates, improve the world’s body of knowledge on the cost-effectiveness of different interventions by providing more information on the allocative efficiency in those three disease groups and contribute to discussions on Universal Health Care packages

No
Despite an increasing literature on the decomposition of human remains, whether buried or exposed, it is important to recognise the role of specific microenvironments which can either trigger or delay the rate of decomposition. Recent casework in Northern England involving buried and partially buried human remains has demonstrated a need for a more detailed understanding of the effect of contrasting site conditions on cadaver decomposition and on the microenvironment created within the grave itself. Pigs (Sus scrofa) were used as body analogues in three inter-related taphonomy experiments to examine differential decomposition of buried human remains. They were buried at three contrasting field sites (pasture, moorland, and deciduous woodland) within a 15km radius of the University of Bradford, West Yorkshire, UK. Changes to the buried body and the effect of these changes on hair and associated death-scene textile materials were monitored as was the microenvironment of the grave. At recovery, 6, 12 and 24 months post-burial, the extent of soft tissue decomposition was recorded and samples of fat and soil were collected for gas chromatography mass spectrometry (GCMS) analysis. The results of these studies demonstrated that (1) soil conditions at these three burial sites has a marked effect on the condition of the buried body but even within a single site variation can occur; (2) the process of soft tissue decomposition modifies the localised burial microenvironment in terms of microbiological load, pH, moisture and changes in redox status. These observations have widespread application for the investigation of clandestine burial and time since deposition, and in understanding changes within the burial microenvironment that may impact on biomaterials such as hair and other associated death scene materials.

Advances in technology have given rise to the widespread use of small unmanned aerial systems (sUAS), more commonly known as ‘drones.’ The sUAS market is expected to continue to increase at a rapid pace, with the FAA forecasting around 8,000 registrations monthly (FAA, 2019). High profile drone incidents include use in an attack on the Venezuelan president, an undetected landing on the property of the White House, and use in dropping crude explosives on troops in the Middle East (Gramer, 2017; Grossman, 2018; Wallace & Loffi, 2015). The rate of proliferation and high-performance characteristics of these drones has raised serious concerns for safety in high-density outdoor events. Counter-unmanned aerial systems are currently illegal for all but a few Federal entities within the U.S., leaving private and public entities at risk. This exploratory research investigates several legal facility and patron behavioral interventions to reduce possible casualties during a drone attack by using AnyLogic simulation modeling in an amusement park scenario. Data from this experiment suggest that behavioral interventions implemented 30 seconds before a drone attack can reduce casualties by more than 55%, and up to 62% casualty reductions can be realized with a 60-second implementation time. Testing suggests that venue design considerations, such as a reduction in hard corners, covered high-density areas, and smoother area transitions can synergistically reduce casualties when used in conjunction with a warning system. While casualty mitigation did occur throughout the study, active threat interdiction methods would be necessary to design a system that may prevent casualties overall.