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Alpha Mesh Swc: automatic and robust surface mesh generation from the skeleton description of brain cells
No full textInternational audienceIn recent years, there has been a significant increase in publicly available skeleton descriptions of real brain cells from laboratories all over the world. In theory, this should make it possible to perform large scale realistic simulations on brain cells. However, currently there is still a gap between the skeleton descriptions and high quality simulation-ready surface and volume meshes of brain cells. We propose and implement a tool called {\it Alpha\_Mesh\_Swc} to generate automatically and efficiently triangular surface meshes that are optimized for finite elements simulations. We use an Alpha Wrapping method with an offset parameter on component surface meshes to efficiently generate a global watertight mesh. Then mesh simplification and re-meshing are used to produce an optimal surface mesh. Our methodology limits the number of surface triangles while preserving geometrical accuracy, permits cutting and gluing of cell components, is robust to imperfect skeleton descriptions, and allows mixed cell descriptions (surface meshes combined with skeletons). We compared the robustness, performance and accuracy of {\it Alpha\_Mesh\_Swc} against existing tools and found significant improvement in terms of mesh accuracy. We show, on average, we can generate fully automatically a brain cell (neurons or glia) surface mesh in a couple of minutes on a laptop computer resulting in a simplified surface mesh with only around 10k nodes. The resulting meshes were used to perform diffusion MRI simulations in neurons and microglia. The code and a number of sample brain cell surface meshes have been made publicly available
Metabolomics identifies plasma biomarkers of localized radiation injury
No full textInternational audienceA radiological accident may result in the development of a local skin radiation injury (LRI) which may evolve, depending on the dose, from dry desquamation to deep ulceration and necrosis through unpredictable inflammatory waves. Therefore, early diagnosis of victims of LRI is crucial for improving medical care efficiency. This preclinical study aims to identify circulating metabolites as biomarkers associated with LRI using a C57BL/6J mouse model of hind limb irradiation. More precisely, two independent mice cohorts were used to conduct a broad-spectrum profiling study followed by a suspect screening analysis performed on plasma metabolites by mass spectrometry. An integrative analysis was conducted through a multi-block sparse partial least square discriminant analysis (sPLS-DA) to establish multi-scale correlations between specific metabolites levels and biological, physiological (injury severity), and functional parameters (skin perfusion). The identified biomarker signature consists in a 6-metabolite panel including putrescine, uracil, 2,3-dihydroxybenzoate, 3-hydroxybenzoate, L-alanine and pyroglutamate, that can discriminate mice according to radiation dose and injury severity. Our results demonstrate relevant molecular signature associated with LRI in mice and support the use of plasma metabolites as suitable molecular biomarkers for LRI prognosis and diagnosis
Examples of non-scattering inhomogeneities
No full textInternational audienceWe consider the scattering of waves by a penetrable inclusion embedded in some reference medium. We exhibit examples of materials and geometries for which non-scattering frequencies exist, i.e. for which at some frequencies there are incident fields which produce null scattered fields outside of the inhomogeneity. We show in particular that certain domains with corners or even cusps can support non-scattering frequencies. We relate the latter, for some inclusions, to resonance frequencies for Dirichlet or Neumann cavities. We also find situations where incident non-scattering fields solve the Helmholtz equation in a neighbourhood of the inhomogeneity and not in the whole space. In relation with invisibility, we give examples of inclusions of anisotropic materials which are non-scattering for all real frequencies. We prove that corresponding material indices must have a special structure on the boundary
Les questions de préservation de la vie privée dans l’appropriation située de l’IA en contexte domestique. Quelles conséquences pour la conception ?
No full textInternational audienc
Les infrasons océaniques comme traceur de la dynamique de la moyenne atmosphère : évaluation des performances des modèles atmosphériques et assimilation de données pour la prévision numérique du temps
No full textThe aim of the thesis is to assess and improve numerical weather prediction (NWP) models in the middle atmosphere (MA, 10–100 km) using oceanic infrasound observations. At these altitudes, NWP models show significant biases, resulting from the lack of operational observations, such as winds, to feed data assimilation systems. Infrasound are acoustic waves propagating through the atmosphere thanks to atmospheric waveguides, which primarily depend on wind and temperature gradients. As they propagate, infrasound thus integrate information on the dynamics of the MA. Infrasound is recorded worldwide by the ground-based stations of the International Monitoring System, established to verify compliance with the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty. This thesis focuses on infrasound originating from the oceanic swell, known as microbaroms, which dominate the 0.1–0.6 Hz frequency band and provide continuous and spatially extended information on atmospheric dynamics.To evaluate and improve NWP models, we develop a processing chain enabling comparisons between microbarom observations and the simulation of microbarom arrivals at the station. An array-processing algorithm based on likelihood maximization is adapted for the multidirectional observation of microbaroms. Microbarom arrivals are simulated using an operational source model, and several approaches for modeling their propagation in the atmosphere are investigated. To allow direct and systematic comparison between observations and simulations, we model the array response and introduce a circular optimal transport metric.Atmospheric propagation simulations are performed using the specifications of different NWP models, and their relative performances are assessed against the observations. This evaluation is carried out over periods of several months but also during extreme atmospheric events, such as a sudden stratospheric warming.Beyond the evaluation of NWP model performances, we aim to reduce their biases through the implementation of variational data assimilation methods (3D-Var). To solve the inverse problem of 3D-Var, the observation operator, which is an essential component of the microbarom processing chain developed in this thesis, is differentiated by leveraging automatic differentiation tools and a deep-learning meta-model for propagation. A first implementation of microbarom assimilation is demonstrated by defining uncertainties associated with both the observations and the a priori knowledge of the atmosphere while decomposing the latter on an empirical orthogonal function basis. First synthetic experiments of microbarom assimilation in simplified atmospheres are presented. They highlight their impact on wind and temperature fields up to 4000 km around infrasound stations and on the associated waveguides.These first data assimilation experiments with microbaroms demonstrate their potential to evaluate and constrain NWP models, while also pointing at the remaining challenges. This work brings new perspectives for both the infrasound monitoring and NWP communities, which could benefit from improved model diagnostics at altitudes usually devoid of operational observations as well as from enhanced forecasts through infrasound assimilation.L’objectif de la thèse est de développer des méthodes dévaluation et de correction des modèles de prévision numérique du temps (PNT) dans la moyenne atmosphère (MA, 10–100 km) en utilisant des détections d’infrasons d’origine océanique. À ces altitudes, les modèles de PNT présentent des biais importants. Ces biais sont notamment dus au manque d’observations opérationnelles, en particulier des vents, pour alimenter les systèmes d’assimilation de données dans la stratosphère et au-delà. Les infrasons sont des ondes acoustiques se propageant dans l’atmosphère grâce à l’existence de guides d’onde atmosphériques qui dépendent principalement des gradients de vent et de température. En se propageant, les infrasons intègrent donc une information sur la dynamique de la MA. Les infrasons sont observés au sol sur l’ensemble de la planète par les stations du réseau du Système de Surveillance International mis en place pour assurer la vérification du Traité d’Interdiction Complète des Essai nucléaire. Cette thèse se concentre sur les infrasons émis par la houle océanique, appelés microbaroms, qui dominent la bande de fréquence 0,1–0,6 Hz et fournissent une information continue et étendue sur la dynamique de l’atmosphèrePour évaluer et améliorer les modèles de PNT, nous avons développé une chaîne de traitement permettant de comparer les observations de microbaroms aux simulations de leur arrivée en station. Un algorithme de traitement d’antenne basé sur la maximisation d’une fonction de vraisemblance est adapté pour l’observation multidirectionnelle des microbaroms. Leurs arrivées en station sont simulées à partir d’un modèle de source opérationnel et différentes méthodes de modélisation de leur propagation dans l’atmosphère sont considérées. Afin de permettre une comparaison directe et systématique entre observations et simulations, nous modélisons la réponse d’antenne des stations et introduisons une métrique de transport optimal circulaire. Des simulations de propagation atmosphérique sont réalisées en utilisant les spécifications atmosphériques de différents modèles de PNT, afin d’évaluer leurs performances relatives par comparaison avec les observations. Cette évaluation porte à la fois sur des périodes de plusieurs mois et sur des événements atmosphériques extrêmes, tels que les réchauffements stratosphériques soudains. Au-delà de l’évaluation des performances des modèles de PNT, nous cherchons à corriger leur biais à travers l’implémentation des méthodes d’assimilation de données variationnelle (3D-Var). Afin de résoudre le problème inverse du 3D-Var, l’opérateur d’observation, élément central de la chaîne de traitement des infrasons développée dans cette thèse, est différentié en s’appuyant sur des outils de différentiation automatique et en introduisant un méta-modèle de deep-learning pour la propagation. Nous proposons une première implémentation de l’assimilation des microbaroms en définissant les incertitudes associées aux observations et à la connaissance a priori de l’atmosphère, et en décomposant celle-ci sur une base de fonctions orthogonales empiriques. Des premières expériences synthétiques d’assimilation des microbaroms pour des atmosphères simplifiées sont présentées, mettant en évidence leur impact sur les champs de vent et de température jusqu’à 4000 km autour des stations infrasonores, ainsi que sur les guides d’onde associés. Ces premières expériences d’assimilation de données avec des microbaroms démontrent leur potentiel pour évaluer et contraindre les modèles de PNT, tout en mettant en évidence les verrous à lever. Ces travaux ouvrent des perspectives pour les communautés de la surveillance par infrasons et de prévision numérique du temps. Celles-ci pourraient en effet bénéficier à la fois de diagnostics approfondis sur les modèles en des altitudes usuellement dépourvues de telles contraintes, et, ou, de l’amélioration de ces mêmes modèles à travers l’assimilation des infrasons océaniques
Modèle Prédictif de Machine Learning pour la Modélisation des Sources Harmoniques
No full textInternational audienceAvec l'essor des énergies renouvelables et la croissance des convertisseurs électroniques de puissance, les perturbations harmoniques augmentent, affectant ainsi la qualité de l'électricité. Ce papier présente une nouvelle méthodologie de modélisation basée sur l'apprentissage automatique, entraînée sur des bases de données issues de mesures de laboratoire, pour prédire le courant harmonique. Un modèle utilisant les données des chargeurs de véhicules électriques montre des performances prometteuses. L'intégration de ces modèles dans les réseaux basse tension améliore la simulation dans le domaine fréquentiel et renforce l'analyse du réseau
Effets de la gestion sédimentaire du barrage du Chambon sur le comportement de déplacement de la truite (Salmo trutta) sur la Romanche (Isère, F).
No full textInternational audienceTo maintain the efficiency of the production chain at the St-Guillerme plant (Romanche) while ensuring the safety of the facilities, the quantity of fine sediment stored in the reservoirs has been managed. Over the period 2019-2022, several flushing operations (short-term events with potentially high turbidity) per year and one dragging operation (long-term event with moderate turbidity) have been carried out. During three-year, radiotelemetry was used to monitor the mobility of 97 adult brown trout (Salmo trutta) downstream of the dam in order to assess the consequences of sediment management events and natural hydrological events. Two radiotelemetry protocols were used. A “complete” protocol (positioning every two weeks) and an “hourly” protocol (positioning a few selected individuals hourly over the course of a day) allowed to link the individual movement observed with the Suspended Sediment Concentrations (SSC) and hydrology. Preliminary analyses suggest moderate trout mobility on this river. Suspended sediments, whether anthropogenic or natural in origin, appear to have little impact on trout mobility, whatever the radio positioning time step. However, natural hydrological factors, particularly floods, seem to have a greater effect on mobility.Pour maintenir l’efficacité de la chaîne de production de l'usine de St-Guillerme (Romanche) tout en assurant la sûreté des aménagements, une gestion de la quantité de sédiments fins stockés dans les retenues a été mise en place sur les ouvrages du Ferrand, du Chambon et du Clapier. Sur la période 2019-2022, plusieurs chasses (évènements de courte durée occasionnant une turbidité potentiellement élevée) par an et un curage (évènement long avec une turbidité modérée) ont été réalisés. Pendant trois ans, un suivi par radio-télémétrie de la mobilité de 97 truites fario (Salmo trutta) adultes à l’aval des barrages a permis d’évaluer les conséquences des évènements de gestion sédimentaire et des évènements hydrologiques naturels. Deux protocoles de radio-télémétrie ont été mis en œuvre. Un protocole dit « complet » (positionnement toutes les deux semaines) et un protocole « horaire » (positionnement de quelques individus toutes les heures sur une journée) permettent de relier les déplacements individuels observés avec les concentrations en Matières en Suspension (MES) et l’hydrologie. Les analyses préliminaires suggèrent une mobilité des truites modérée sur ce cours d’eau. Les MES, d’origine anthropique ou naturelle, semblent peu perturber la mobilité des truites quel que soit le pas de temps du positionnement radio. L’hydrologie naturelle, notamment les crues, semble cependant avoir des effets un plus importants sur la mobilité
Resolved DEM-CFD coupling for wave-armour blocks interactions
No full textInternational audienceThe present work aims to tackle breakwater stability challenges through an innovative numerical deterministic method using a resolved DEM-CFD (Discrete Element Method—Computational Fluid Dynamics) strategy, which simulates the individual motions of armour units within a fluid solver. To achieve this, a coupling between a DEM code and a CFD code is implemented and validated. The fluids (air and water) are solved using a Eulerian–Eulerian CFD solver, and the contacts between blocks are solved using a DEM code. The solids are defined within the fluid solver using a discrete forcing approach and are therefore fully resolved. In this way, the fluid solver enables the prediction of object motions with complex shapes such as tetrapods. To couple the codes, forces exerted on the solids are calculated in the fluid solver and sent to the DEM solver. Then, contact and gravity forces are computed and added to the fluid forces. The DEM solver then computes the new positions and velocities of the bodies, which are retrieved by the fluid solver. An experimental study is performed on a fixed and instrumented idealized breakwater to evaluate the wave forces acting on a coastal structure. The experiments are then numerically reproduced to validate the numerical model. Simulations of the impact of solitary waves on a row of mobile isolated tetrapods laid on a horizontal berm are then performed using the DEM-CFD coupling. The importance of initial placement and friction parameters is investigated to show the sensitivity to these parameters
Methodology for numerical analysis of structures affected by delayed ettringite formation
No full textInternational audienceDelayed ettringite formation (DEF) is an origin of concrete degradation and can cause serious damage to major engineering structures. A methodology for carrying out a numerical analysis of DEF-affected structures is proposed in order to offer diagnosis and prognosis and thus optimise their maintenance. A methodology in two phases, calibration and validation, was developed and applied to laboratory beams presented in the literature, with different reinforcement ratios, uniformly heated at young age and subjected to water gradients. At present, few numerical models are capable of faithfully reproducing the behaviour of structures damaged by DEF at this scale because of the diversity of phenomena to be considered (shrinkage, creep, temperature, alkali leaching, pressure generated by the DEF, anisotropic cracking). A thermo-hydro-chemo-mechanical model was applied. The modelling results showed good accordance with observations. However, multiphysics parametric analyses are necessary to obtain relevant calibration owing to the high non-linearity of the phenomena. A methodology applicable to field work was also developed, taking into account the heterogeneity in the temperature reached at young age and the probable lack of calibration data