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Wrapping and unwrapping multifractal fields
No full text9 pages, 8 figuresInternational audienceWe develop a powerful yet simple method that generates multifractal fields with fully controlled scaling properties. Adopting the Multifractal Random Walk (MRW) model of Bacry et al. [1], synthetic multifractal fields are obtained from the fractional integration of non-Gaussian fluctuations, built by a non-linear transformation of log-correlated Gaussian fields. The resulting fields are parameterized by their roughness exponent H, intermittency λ and multifractal range ξω. We retrieve all the salient features of the MRW, namely a quadratic scaling exponent spectrum ζq, fat-tail statistics of fluctuations, and spatial correlations of local volatility. Such features can be finely tuned, allowing for the generation of ideal multifractals mimicking real multi-affine fields. The construction procedure is then used the other way around to unwrap experimental data-here the roughness map of a fractured metallic alloy. Our analysis evidences subtle differences with synthetic fields, namely anisotropic filamental clusters reminiscent of dissipation structures found in fluid turbulence
On the mechanism of thermal self-regulation of trees: a kind of homeothermic observation
No full textWhat is certain is that surface temperatures around the globe vary considerably, regardless of the time scales or underlying causes. Since 1850, we have observed an average increase in global surface temperature anomalies of 1.2 • C and a median increase of 0.7 • C : this overall difference masks significant regional differences. Nearly 60% of the world's population now lives in urban areas, where vegetation cover has been significantly reduced, despite the paradoxical fact that vegetation plays an important role in regulating the thermal environment (eg through the shading provided by tree canopies). Continuous electrical and thermal measurements of trees in a Parisian grove (France) show and quantify that canopies are not the only protectors against heat waves; we must also consider the role of tree trunks. It is clear that these trunks probably regulate themselves, possibly by modulating the uptake of groundwater, whose geothermal stability is well established at a depth of just one metre. This quantitative observation should not be overlooked in the urban planning of our cities.15 pages, 6 figure
Quelles perspectives énergétiques pour la biomasse ?
No full textLe débat public concernant l’avenir du mix énergétique français à l’horizon 2050 a longtemps été réduit à la seule considération de son volet électrique, dans une opposition entre énergie nucléaire et énergies renouvelables (EnR). Pourtant, la part non-électrique de notre consommation énergétique constitue clairement aujourd’hui un des principaux défis de la transition climatique et énergétique. Actuellement issue du pétrole, du gaz et du charbon, elle constitue l’angle mort des divers scénarios énergétiques disponibles, alors qu’elle restera encore indispensable, notamment dans le secteur de la mobilité et de la production de chaleur.Le Comité de prospective en énergie (CPE) de l’Académie des sciences examine ici les ressources énergétiques et carbonées pouvant être tirées de la biomasse, qui présente des atouts certains en permettant le stockage de l’énergie sous forme de biogaz ou de biocarburants, et les perspectives raisonnables offertes par celles-ci dans le mix énergétique national à l’horizon 2050. Le présent rapport se focalise sur les aspects scientifiques et technologiques, sans occulter certaines considérations environnementales, économiques, sociales, et de souveraineté nationale, abordés à la lumière de la littérature disponible et de l’audition d’experts des divers domaines considérés.Après avoir défini la notion de biomasse dans sa diversité, le rapport décrit les différentes bioénergies possibles et leurs limites. Les utilisations actuelles de la biomasse en France sont évaluées et comparées aux perspectives envisagées à l’horizon 2050 au regard du potentiel réellement mobilisable, pour lequel il existe une grande variation dans les estimations proposées, et des technologies nécessaires à sa transformation, qui restent, pour la plupart, coûteuses et de faible maturité. Ainsi, cette analyse montre notamment que le besoin d’énergie non-électrique, tel qu’il est défini dans le scénario de référence fourni par Réseau de transport d’électricité (RTE), sera difficile – pour ne pas dire impossible - à atteindre avec la seule biomasse produite en France : le bouclage énergétique 2050 passera nécessairement par un maintien d’importations de gaz naturel et par de nouvelles importations de biomasse et/ou de bioénergie introduisant des dépendances nouvelles et exportant les risques associés à leur utilisation massive.Le rapport rappelle que la bioénergie reste l’énergie la moins favorable en termes d’empreinte spatiale et que la biomasse a, sur toute la chaîne des valeurs, un faible retour énergétique. Sa plus grande mobilisation, qui ne devra pas se faire au détriment de la sécurité alimentaire humaine et animale, ni au détriment des éco-services rendus par la biosphère, aura des impacts environnementaux certains qu’il faudrait estimer avec rigueur. Enfin, le remplacement de la pétrochimie industrielle par une nouvelle « carbochimie biosourcée » va nécessiter des efforts considérables d’adaptation des procédés et de recherche et développement dans le domaine de la catalyse, de la chimie de synthèse et des biotechnologies.Ces conclusions conduisent le CPE à formuler des recommandations concernant :1.La nécessaire amélioration de la concertation entre les divers organismes et agences pour aboutir à une estimation rigoureuse et convergente des ressources potentielles,2.La réalisation de bilans carbone des diverses filières et d’analyses en termes de retour énergétique des investissements envisagés, pour s’assurer de la soutenabilité et du gain en carbone qui ne sont pas acquis pour le moment,3.Le soutien au déploiement de la recherche et développement des filières de biocarburants de seconde génération pour accroitre leur maturité industrielle, 4.La poursuite du développement d’une chimie organique de synthèse biosourcée,5.La priorité à établir dans l’utilisation de la biomasse pour les usages qui ne pourront être décarbonés par l’électricité, passant par une politique publique permettant de résoudre les conflits d’usages,6.La nécessité de concertation des politiques énergétique et agroalimentaire de notre pays
Exploration of the Parameter Space in Macroeconomic Models
No full textInternational audienceAgent-Based Models (ABM) are computational scenario-generators, which can be used to predict the possible future outcomes of the complex system they represent. To better understand the robustness of these predictions, it is necessary to understand the full scope of the possible phenomena the model can generate. Most often, due to high-dimensional parameter spaces, this is a computationally expensive task. Inspired by ideas coming from systems biology, we show that for multiple macroeconomic models, including an agent-based model and several Dynamic Stochastic General Equilibrium (DSGE) models, there are only a few stiff parameter combinations that have strong effects, while the other sloppy directions are irrelevant. This suggests an algorithm that efficiently explores the space of parameters by primarily moving along the stiff directions. We apply our algorithm to a medium-sized agent-based model, and show that it recovers all possible dynamics of the unemployment rate. The application of this method to Agent-based Models may lead to a more thorough and robust understanding of their features, and provide enhanced parameter sensitivity analyses. Several promising paths for future research are discussed
On the Optimization of Singular Spectrum Analyses: A Pragmatic Approach
No full textSingular Spectrum Analysis (SSA) occupies a prominent place in the real signal analysis toolkit alongside Fourier and Wavelet analysis. In addition to the two aforementioned analyses, SSA allows the separation of patterns directly from the data space into the data space, with data that need not be strictly stationary, continuous, or even normally sampled. In most cases, SSA relies on a combination of Hankel or Toeplitz matrices and Singular Value Decomposition (SVD). Like Fourier and Wavelet analysis, SSA has its limitations. The main bottleneck of the method can be summarized in three points. The first is the diagonalization of the Hankel/Toeplitz matrix, which can become a major problem from a memory and/or computational point of view if the time series to be analyzed is very long or heavily sampled. The second point concerns the size of the analysis window, typically denoted as "L", which will affect the detection of patterns in the time series as well as the dimensions of the Hankel/Toeplitz matrix. Finally, the third point concerns pattern reconstruction: how to easily identify in the eigenvector/eigenvalue space which patterns should be grouped. We propose to address each of these issues by describing a hopefully effective approach that we have been developing for over 10 years and that has yielded good results in our research work.</div
Information theory, Signal Analysis and Inverse Problem
No full textInternational audienceThis book is intended for teaching Signal Analysis methods and Inverse Problems theory. It is completely open access and will remain free. It is currently illustrated with examples that we have actually encountered in geophysics, but will eventually evolve to address problems in biology. The main idea is to develop this material over time (probably every six months) and throughout our careers. Therefore, it is not yet complete and some minor points need to be corrected in this English version. A French version is also available. The MATLAB codes we used can be found at the following address: https://www.dropbox.com/scl/fi/ndi2fs3yyup64i8xyzjqd/matlab_book.zip?rlkey=j112lo5kaxvinh362frc66bcl&st=enxxx1ps&dl=0"Ce livre est destiné à l'enseignement des méthodes d'analyse de signal et de la théorie des problèmes inverses. Il est entièrement en accès libre et restera gratuit. Il est actuellement illustré avec des exemples que nous avons effectivement rencontrés en géophysique, mais il évoluera progressivement pour aborder des problèmes en biologie. L'idée principale est de développer ce matériel au fil du temps (probablement tous les six mois) et tout au long de nos carrières. Par conséquent, il n'est pas encore complet et certains points mineurs doivent être corrigés dans cette version française. Une version anglaise est également disponible. Les codes MATLAB que nous avons utilisés peuvent être trouvés à l'adresse suivante : https://www.dropbox.com/scl/fi/ndi2fs3yyup64i8xyzjqd/matlab_book.zip?rlkey=j112lo5kaxvinh362frc66bcl&st=enxxx1ps&dl=0
On the effect of the luni-solar gravitational attraction on trees
No full textIn this study, we revisit an old series of continuous electrical measurements made in 2003 on a standing Poplar tree in the village of Remungol, France (cf. Gibert et al. (2006)), through the lens of a more refined signal analysis (Singular Spectrum Analysis). These measurements initially revealed the presence of a diurnal electrical signal, even in winter, that appeared to be closely correlated with sap flow. This observation led to the hypothesis that the electrical signal was the result of a simple electrokinetic phenomenon, as traditionally understood in geophysics. In the 2003 experiment, electrodes were placed in the roots, trunk and branches of the poplar. Our current analysis shows that the pseudo-diurnal cycle is not the only earth-tide identifiable during the year-long recording. Over 80% of the variability in the signals is made up of seven of the major lunar-solar tidal cycles. An order of magnitude calculation gives an electrokinetic coupling coefficient similar to that of rocks, which supports the following hypothesis: sap flow variations are largely driven by firstorder variations in the gravitational forces of the Moon and Sun, in the same way that these forces influence the movement of all fluids on the Earth's surface. Thus, sap circulation in a tree would not be due to osmotic pressure, evapotranspiration or capillarity.22 pages, 7 figure
Plaidoyer pour un roi mécanique
No full textInternational audienceDes avantages politiques considérables que représenterait lafabrication d’un roi mécanique.LETTRE D’UN JEUNE MECANICIEN AUX AUTEURS DU REPUBLICAIN,16 juillet 1791.Messieurs,Un jeune homme, à qui on donne six livres par feuille pour travailleraux bons numéros de L’Ami des patriotes, disait hier, au café, que cesscélérats de républicains allumeraient infailliblement la guerrecivile, si le zèle prudent des honnêtes amis de la liste civile neparvenait à sauver la monarchie. Comme j’aime beaucoup la paix,ces discours m’ont empêché de dormir ; mais j’ai été assez heureuxpour trouver un moyen de concilier tous les partis.J’ai étudié la mécanique sous Vaucanson, sous l’abbé Mical, auteurdes têtes parlantes, même sous le baron de Kempel, qui a fait lejoueur d’échecs, et je puis promettre de faire sous quinze jours, aucomité de constitution, un roi avec sa famille royale et toute sa cour.Mon roi ira à la messe, se mettra à genoux dans les momentsconvenables. Il fera ses pâques suivant le rite national, et on aurasoin de faire en sorte que cette partie de la mécanique royale, demême que celle du grand aumônier, se détachent, afin de pouvoiren substituer une autre, dans le cas d’un changement de religion. Ilsoutiendra aussi bien qu’un autre roi, une conversation avec sesgrands officiers. Un chambellan automate lui présentera sa chemise,un grand maître de la garde-robe lui mettra le col. Mon roisanctionnera les décrets à la pluralité des voix de son conseil ; ilsignera les ordres que ses ministres lui présenteront. Si l’on décidequ’il est de l’essence de la monarchie qu’un roi choisisse et renvoieses ministres, comme on sait qu’en suivant la saine politique, il doittoujours se déterminer d’après le voeu du parti qui a la majorité dansla législature, et que le président en est un des chefs, il est aiséd’imaginer une mécanique au moyen de laquelle le roi recevra laliste des ministres de la main du président de la quinzaine, avec unair de tête plein de grâce et de majesté.Si quelqu’un doutait de la possibilité de cette machine, il n’auraitqu’à supposer Madame de Maintenon à la place du président, et lecordon qui fait jouer l’automate royal, attaché d’une manière un peudifférente : alors il aurait l’histoire des trente dernières années durègne glorieux de Louis XIV.Pour que la cour fût un peu brillante, il ne faudrait qu’environ deuxmillions de dépense première ; on aurait difficilement à moins deuxcents personnage de grandeur naturelle. L’entretien coûteraitenviron cent mille livres par an, ainsi la liste civile n’en passerait pasdeux cent mille. C’est marché donné, et chaque Français ne payeraitqu’environ un demi-denier par année pour le bonheur d’avoir unroi.Il existe depuis longtemps, chez plusieurs nations, des roishéréditaires ; qu’on en lise l’histoire, et qu’on ose dire ensuitequ’elles n’auraient pas beaucoup gagné à suivre ma méthode. Monroi ne serait pas dangereux pour la liberté, et cependant, en leréparant avec soin, il serait éternel, ce qui est encore plus beau qued’être héréditaire. On pourrait même le déclarer inviolable sansinjustice, et le dire infaillible sans absurdité
Grandes Constellations de Satellites : Enjeux et Impacts
No full textThe New Space Age (NewSpace) marks the advent of a new era in the use ofspace, characterized by the opening of space to new players, the use of new spacetechnologies, new functionalities for satellites in orbit, and the development of satelliteconstellations, mainly in the fields of communications and Earth observation.These developments are underpinned by first-rate scientific and technological advances,as well as considerable public and private investment, in particular in theUSA, China and, to a lesser extent, Europe. Fleets of small low- and medium-orbitsatellites are replacing or complementing the large geostationary satellites that predominatedin the previous period. Whereas space used to be reserved for a smallnumber of states and major industrial groups, one is now witnessing the emergenceof new space states, new industrial groups such as SpaceX or Amazon, and manystart-ups. One also observes the emergence of companies with launching and satellitemanufacturing capacities, which are also taking on the role of telecommunicationoperators and content producers.The most visible result of the deployment of these new space networks is theability to provide high-speed, low-latency Internet connections to any point on theglobe. Combined with Earth observation capabilities, these new communicationsresources also enable real-time action to be taken in any region, including thosewith no equipment other than terminals. In addition, these space networks areremarkably resilient compared with terrestrial networks. Geostrategic and militaryconsiderations combine with rapidly evolving business models to explain the massiveinvestments currently being made in this domain.However, the lack of international regulation of the field is leading to a race tooccupy orbits and frequencies, which has already had serious consequences for awhole range of scientific activities. These constellations have a potentially negativeimpact on astronomy in the visible and infrared optical domains, as well as on radioastronomy. They also raise a major problem in terms of space congestion, with anincrease in the amounts of satellite debris resulting from launches or collisions betweensatellites, and the possibility of reaching a phase of chain reaction collisions. Inaddition, from an environmental point of view, the consequences of the proliferationof launches and uncontrolled re-entries into the atmosphere are equally worrying.What’s more, this lack of regulation in the field also leads to a loss of sovereignty,since these new satellite communication networks do not comply with any of therules that states impose on terrestrial communication networks operating on theirterritories. A sustainable, global solution must be found to these problems, beforemajor and potentially irreversible damage is inflicted on the planet’s environment,geostrategic balances, democracy, and science.While the Acad´emie des Sciences considers that France and Europe need to stepup their scientific and industrial actions in this field in order to benefit from theremarkable advances of these new networks, and ultimately leverage the benefitsof a resilient and secure communications network, the Acad´emie also recommendsworking in parallel to strengthen regulation of the field with the aim of assuringsustainable access to orbital and frequency resources, as well as protection for negativelyimpacted fields, foremost among which are astronomy and the environment.Le nouvel âge spatial (NewSpace) marque l’avènement d’une ère nouvelle dans l’utilisation de l’espace caractérisée par une ouverture de l’espace à de nouveaux acteurs fondée sur de nouvelles technologies spatiales, par de nouvelles fonctionnalités pour les satellites mis en orbite et par le développement de constellations de satellites, principalement dans les domaines des communications et de l’observation de la Terre. Ces développements s’appuient sur des avancées scientifiques et technologiques de premier plan ainsi que sur des investissements publics et privés considérables, notamment aux États-Unis, en Chine et dans une moindre mesure en Europe. Des flottes de petits satellites en orbite basse ou moyenne viennent remplacer ou s’ajouter aux grands satellites géostationnaires qui prédominaient dans la phase précédente. Alors que l’espace était auparavant réservé à un petit nombre d’États et de grands groupes industriels, on observe actuellement l’émergence de nouveaux États spatiaux, de nouveaux groupes industriels comme SpaceX ou Amazon, ainsi que d’un grand nombre de jeunes pousses. On note l’émergence d’entreprises disposant de capacités de lancement, de fabrication de satellites et qui prennent également le rôle d’opérateurs de télécommunications et de producteurs de contenu.Le résultat le plus visible du déploiement de ces nouveaux réseaux spatiaux est de permettre des connexions Internet à haut débit et faible latence en tout point du globe terrestre. Combinés à des capacités d’observation de la Terre, ces nouveaux moyens de communications permettent aussi d’agir en temps-réel dans toute région, y compris dans celles dépourvues d’équipements autres que les terminaux. Ces réseaux spatiaux ont, de plus, de remarquables propriétés de résilience en comparaison des réseaux terrestres. Des considérations géostratégiques et militaires se combinent donc avec des modèles économiques en évolution rapide pour expliquer les investissements massifs en cours dans ce domaine.Toutefois, l’absence de régulation internationale du domaine conduit à une course pour l’occupation des orbites et des fréquences, course qui a déjà de graves conséquences sur tout un ensemble de domaines. Ces constellations auront potentiellement un impact très négatif sur l’astronomie dans le domaine optique visible et infrarouge ainsi que sur la radioastronomie. Elles posent aussi un problème majeur qui est celui de l’encombrement de l’espace avec l’augmentation du nombre des débris satellisés issus des lancements ou des collisions entre satellites et avec la possible atteinte d’une phase de collisions en chaîne. De plus, d’un point de vue environnemental, les conséquences d’une multiplication des lancements et des rentrées incontrôlées dans l’atmosphère sont, elles aussi, préoccupantes. Par ailleurs, cette absence de régulation du domaine conduit aussi à une perte de souveraineté puisque ces nouveaux réseaux de communications satellitaires n’appliquent aucune des règles que les États imposent aux réseaux de communications terrestres opérant sur leurs territoires. Une solution durable et globale doit être apportée à ces problèmes, avant que des dommages majeurs et potentiellement irréversibles soient infligés à l’environnement de la planète, aux équilibres géostratégiques, à la démocratie et à la science.Si l’Académie des sciences considère que la France et l’Europe doivent renforcer leurs actions scientifiques et industrielles dans ce domaine pour pouvoir bénéficier des avancées remarquables de ces nouveaux réseaux et disposer à terme d’un réseau de communication résilient et sécurisé, elle recommande aussi de travailler en parallèle au renforcement de la régulation du domaine dans le but de garantir un accès durable aux ressources orbitales et fréquentielles, ainsi qu’une protection des domaines négativement impactés, au premier rang desquels l’astronomie et l’environnement
Synthèse 15e atelier Dialogu'IST RENATIS -13 juin 2024 « Comment garantir l'intégrité scientifique des données de recherche ? »
No full textSynthèse 15e atelier Dialogu'IST RENATIS -13 juin 2024 « Comment garantir l'intégrité scientifique des données de recherche ? »Dans le cadre de l’ouverture de la Science et selon le décret du 3 décembre 2021, la question centrale est désormais la garantie de l’intégrité scientifique des données. Elle représente un des éléments fondamentaux d’une relation de confiance entre le monde de la recherche publique et la société.Pourquoi avons-nous besoin d’une bonne gestion des données de la recherche pour respecter l’intégrité scientifique ? Quelles méthodologies, recommandations et bonnes pratiques sont à mettre œuvre par les chercheurs et les personnels d’accompagnement à la recherche ?Le 15e atelier Dialogu’IST du jeudi 13 juin matin a apporté des éléments de réponses sur cette problématique avec des retours d’expérience de pratiques au sein de structures de recherche de différentes disciplines