Gelenkknorpel ist ein gefäßloses, hoch spezialisiertes Gewebe mit nur sehr begrenzter Regenerationsfähigkeit. Entstandene Läsionen werden bei natürlicher Heilung durch min-derwertigen Faserknorpel gefüllt. Ein vielversprechender Therapieansatz kommt aus dem Gebiet des Tissue Engineering. Dabei werden isolierte Chondrozyten in vitro vermehrt und anschließend in den Defekt eingebracht. In den letzten Jahren ist hier die 3 D-Kultivierung in patientenspezifischen Biomaterialien zunehmend in den Fokus der Forschung geraten. Ziel der hier vorgestellten Studie war es, die Tauglichkeit von Vollblut und Blutplasma als Aus-gangsmaterial für MACTs aufgrund makroskopischer Eigenschaften, Zellzahlentwicklung im Konstrukt, Zellvitalität und Syntheseleistung charakteristischer EZM-Marker zu untersuchen. Es wurde für diese Studie Knorpel aus den Fesselgelenken vier geschlachteter Pferde (2-16 Jahre) entnommen, mechanisch zerkleinert und anschließend mit Kollagenase A verdaut. Von einem 6 jährigen klinikeigenen Wallach wurde Vollblut in Citratröhrchen gewonnen, ein Teil zu Plasma weiterverarbeitet und beides bei -80 °C bis zur weiteren Verwendung Schock gefroren. Zur Herstellung der walzenförmigen Konstrukte mit den Maßen 9,6 cm2 x 4,7 mm, wurden 4,5 ml Vollblut bzw. Plasma mit je 3x106 Chondrozyten suspensiert und durch Zuga-be von CaCl2 zur Koagulation gebracht. Der Kultivierungszeitraum betrug 28 Tage in DMEM, angereichert mit 10% allogenem Serum und 1% Antibiotika. Die Konstrukte wurden an den Tagen 1, 14 und 28 auf Zellzahl, -vitalität und mithilfe qRT-PCR auf hyaline Knorpelmarker wie Kollagen Typ II und Aggrekan untersucht. Zudem wurden histologische und immunhisto-chemische Präparate der Konstrukte angefertigt. Die Zellvitalität betrug sowohl in den VB-, als auch in den BP-Konstrukten ≥95% bei steigen-der Zellzahl (bis zu 5x106 im Vollblutkonstrukt). Die MACTs beider Ausgangsmaterialien schrumpften auf eine Größe von 2 cm² x 2 mm. Histologisch konnten in beiden Konstruktar-ten mit der Alzianblaufärbung sGAG belegt werden. Darüber hinaus wurde der sGAG Gehalt mit dem DMMB Assay quantitativ ermittelt. Aggrekan, C-4-S, C-6-S und COMP wurden als wichtige Bestandteile der EZM immunhistochemisch angefärbt und waren ebenfalls in beiden Konstruktarten nachweisbar. Mit der qRT PCR konnte die Genexpression von Aggrekan, Kol II und Kol I über den zeitlichen Verlauf ermittelt werden. Es stellte sich heraus, dass sich sowohl die Genexpression von Aggrekan als auch die von Kol II, den beiden Indikatorprotei-nen EZMs des hyalinen Gelenkknorpels über den Kultivierungszeitraum absenkten. Dies deutet auf eine Dedifferenzierung der Chondrozyten hin. Die Expression von Kol I dagegen stieg um ein Vielfaches an. Auch das kennzeichnet eine Dedifferenzierung. Zieht man ande-re Studien heran, so ist die festgestellte Umstellung der Genexpression aber vergleichsweise niedrig, eine Dedifferenzierung weg vom chondrogenen Phänotyp in der hier vorliegenden Arbeit also weniger stark ausgebildet. Biokompatibilität mit und Abbaubarkeit im Empfängerorganismus konnten in dieser in vitro Untersuchung nicht evaluiert werden. Zusammenfassend kann man festhalten, dass VB und BP als Ausgangsbiomaterialien zur Herstellung von MACT geeignet sind. Inwieweit es gelingen wird, den chondrogenen Phäno-typ beispielweise durch mechanische Stimulation der eingesäten Zellen stärker zu erhalten, muss in folgenden Studien geklärt werden. Ebenfalls weiterer Forschungsbedarf ist bei den Eigenschaften Elastizität und Steifheit gegeben. Grundsätzlich gilt, dass MACTs auf VB- und BP-Basis einen einfachen, kostengünstigen und patientenspezifisch herstellbaren Therapie-ansatz für die Behandlung von Knorpeldefekten darstellen. / Articular cartilage is a vessel-free, highly specialized tissue with only very limited regenera-tive capacity. Resulting lesions are filled with inferior fibrocartilage by natural healing. A promising therapeutic approach comes from the field of tissue engineering. Therefore iso-lated chondrocytes are expanded in vitro and then placed into the defect. In the last few years the 3-D culturing in patient-specific biomaterials has come increasingly into the focus of research. Purpose of the present study was to evaluate the suitability of whole blood and blood plasma as a basic material for MACT based on macroscopic properties, development of cell number in the construct, cell viability and synthetic performance of characteristic markers. For this study cartilage from the four fetlock joints of slaughtered horses (2-16 years) were removed, crushed mechanically and then digested with Collagenase A. Whole blood was obtained in citrate tubes of a 6 year old gelding owned by the clinic, finished part to both plasma and shock frozen at -80°C until further use. To prepare the cylindrical constructs, measuring 9.6 cm2 x 4.7 mm, 4.5 ml of whole blood or plasma, each with 3x106 chondro-cytes were suspended and coagulated by the addition of CaCl2. The cultivation period was 28 days in DMEM supplemented with 10% allogenic serum and 1% antibiotics. The con-structs were evaluated on days 1, 14 and 28 on cell number, viability, and using qRT-PCR examination for hyaline cartilage markers such as collagen type II and aggrecan. In addition, histological and immunohistochemical preparations of the constructs were made. The cell vitality was in the WB, as well as in the BP constructs ≥ 95% with increasing cell number (up to 5x106 in whole blood construct). The MACTs of both basic materials shrink to a size of 2 cm x 2 mm². Histologically sGAG could be verified in both construct species by Alzianblau staining. In addition, the GAG content was determined with the DMMB assay quantitatively. Aggrecan, chondroitin-4-sulphate, chondroitin-6-sulphate and COMP as major components of the ECM were stained immunohistochemically and were also detectable in both types of constructs. Aggrecan, collagen II and collagen I were determined on the time course by qRT PCR gene expression. It turned out that the gene expressions of both, aggre-can and of collagen II, the two ECM protein indicators of hyaline cartilage lowered over the cultivation period. This indicates a dedifferentiation of chondrocytes. The expression of colla-gen I on the other hand increased to a multiple, also featuring a dedifferentiation. If one approached other studies, the observed change in gene expression is comparatively low. In the present work the dedifferentiation from the chondrogenic phenotype is less distinctive. Biocompatibility and biodegradability in the recipient organism could not be evaluated in this in vitro investigation. In summary, one should notice that VB and BP are suitable basic materials for the production of MACT. It has to be clarified by following studies, to what extent the chondrogenic pheno-type can be strengthened, for example by mechanical stimulation of cells sown. Also further research is needed on the given properties, e.g. elasticity and stiffness. Generally MACT based on WB and BP- is a simple, inexpensive and patient-specific produced therapeutic approach for the treatment of cartilage defects.

The study of outcrop modeling is located at the interface between two fields of expertise, Sedimentology and Computing Geoscience, which respectively investigates and simulates geological heterogeneity observed in the sedimentary record. During the last past years, modeling tools and techniques were constantly improved. In parallel, the study of Phanerozoic carbonate deposits emphasized the common occurrence of a random facies distribution along single depositional domain. Although both fields of expertise are intrinsically linked during outcrop simulation, their respective advances have not been combined in literature to enhance carbonate modeling studies. The present study re-examines the modeling strategy adapted to the simulation of shallow-water carbonate systems, based on a close relationship between field sedimentology and modeling capabilities. In the present study, the evaluation of three commonly used algorithms Truncated Gaussian Simulation (TGSim), Sequential Indicator Simulation (SISim), and Indicator Kriging (IK), were performed for the first time using visual and quantitative comparisons on an ideally suited carbonate outcrop. The results show that the heterogeneity of carbonate rocks cannot be fully simulated using one single algorithm. The operating mode of each algorithm involves capabilities as well as drawbacks that are not capable to match all field observations carried out across the modeling area. Two end members in the spectrum of carbonate depositional settings, a low-angle Jurassic ramp (High Atlas, Morocco) and a Triassic isolated platform (Dolomites, Italy), were investigated to obtain a complete overview of the geological heterogeneity in shallow-water carbonate systems. Field sedimentology and statistical analysis performed on the type, morphology, distribution, and association of carbonate bodies and combined with palaeodepositional reconstructions, emphasize similar results. At the basin scale (x 1 km), facies association, composed of facies recording similar depositional conditions, displays linear and ordered transitions between depositional domains. Contrarily, at the bedding scale (x 0.1 km), individual lithofacies type shows a mosaic-like distribution consisting of an arrangement of spatially independent lithofacies bodies along the depositional profile. The increase of spatial disorder from the basin to bedding scale results from the influence of autocyclic factors on the transport and deposition of carbonate sediments. Scale-dependent types of carbonate heterogeneity are linked with the evaluation of algorithms in order to establish a modeling strategy that considers both the sedimentary characteristics of the outcrop and the modeling capabilities. A surface-based modeling approach was used to model depositional sequences. Facies associations were populated using TGSim to preserve ordered trends between depositional domains. At the lithofacies scale, a fully stochastic approach with SISim was applied to simulate a mosaic-like lithofacies distribution. This new workflow is designed to improve the simulation of carbonate rocks, based on the modeling of each scale of heterogeneity individually. Contrarily to simulation methods applied in literature, the present study considers that the use of one single simulation technique is unlikely to correctly model the natural patterns and variability of carbonate rocks. The implementation of different techniques customized for each level of the stratigraphic hierarchy provides the essential computing flexibility to model carbonate systems. Closer feedback between advances carried out in the field of Sedimentology and Computing Geoscience should be promoted during future outcrop simulations for the enhancement of 3-D geological models. / Das Modellieren von geologischen Aufschlüssen liegt der Schnittstelle zwischen zwei geo-logischen Teildisziplinen, der Sedimentologie und der geologischen Modellierung. Hierbei werden geologische Heterogenitäten untersucht und simuliert, welche im Aufschluss beobachtet wurden. Während der letzten Jahre haben sich die Werkzeuge und die Technik der Modellierung stetig weiter-entwickelt. Parallel dazu hat die Untersuchung der phanerozoischen Karbonatablagerungen ihren Fokus auf gemeinsamen Vorkommen von zufälligen Faziesverteilungen in beiden Ablagerungs-gebieten. Obwohl beide Teildisziplinen durch die Aufschlussmodellierung eigentlich verbunden sind, wurden ihre jeweiligen Vorteile in der Literatur nicht miteinander verbunden, um so eine Verbesserung ähnlicher Studien zu erreichen. Die vorliegende Studie überprüft erneut die Modellierungsstrategie, angepasst an die Simulation von Flachwasser-Karbonat-Systemen und basierend auf einer engen Beziehung zwischen Sedimentologie und Modellierung. Die vorliegende Arbeit behandelt erstmals die Evaluierung der drei am häufigsten verwendeten Algorithmen „Truncated Gaussian Simulation (TGSim)“, „Sequential Indicator Simulation (SISim)“ und „Indicator Kriging (IK)“, um sie visuell und quantitativ mit dem entsprechenden Aufschluss zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Heterogenität von Karbonatgesteinen nicht komplett mit nur einem Algorithmus simuliert werden kann. Die Eigenschaften jedes einzelnen Algorithmus beinhalten Vor- und Nachteile, sodass kein Algorithmus alle Beobachtungen aus dem Aufschluss widerspiegelt. Die zwei Endglieder im Spektrum der Ablagerungsbedingungen von Karbonaten, eine flachwinklige, jurassische Karbonat-Rampe (Hoher Atlas, Marokko) und eine isolierte, triassische Plattform (Dolomiten, Italien), wurden untersucht, um einen kompletten Überblick über die verschiedenen Heterogenitäten in Flachwasser-Karbonat- Systemen zu erhalten. Sedimentologische und statistische Analysen wurden für die verschiedenen Typen, Morphologien, Verteilungen und Assoziationen von Karbonatablagerungen durchgeführt und mit paläogeografischen Rekonstruktionen kombiniert und zeigen ähnliche Ergebnisse. Im Beckenmaßstab zeigen die Faziesassoziationen, bestehend aus Fazieszonen mit ähnlichen Ablagerungsbedingungen, einen linearen und kontinuierlichen Übergang zwischen den einzelnen Ablagerungsbereichen. Im Gegensatz dazu zeigt für einzelne Lithofaziestypen im Maßstab einzelner Schichten eine mosaikartige Verteilung, bestehend aus einer Anordnung räumlich unabhängiger Lithofazieszonen entlang des Ablagerungsprofils. Das Ansteigen der räumlichen Unordnung von der beckenweiten Ablagerung zur Ablagerung einzelner Schichten resultiert aus dem Einfluss autozyklischer Faktoren bei der Ablagerung von Karbonaten. Die Skalenabhängigkeit von Karbonat-Heterogenität ist mit der Auswertung der Algorithmen verknüpft um eine Modellierungsstrategie zu etablieren, welche sowohl die sedimentären Charakteristiken des Aufschlusses als auch die Modellierfähigkeit berücksichtigt. Für die Modellierung der Ablagerungssequenzen wurde ein flächenbasierter Ansatz verwendet. Die Faziesassoziationen wurden durch die Benutzung des TGSim-Algorithmus simuliert, um die regulären Trends zwischen den einzelnen Ablagerungsgebieten zu erhalten. Im Bereich der verschiedenen Lithofazien wurde mit dem SISim-Algorithmus, ein voll stochastischer Ansatz angewendet, um die mosaikartige Verteilung der Lithofazies-Typen zu simulieren. Dieser neue Arbeitsablauf wurde konzipiert, um die Simulierung von Karbonaten auf Basis der einzelnen Heterogenitäten in verschiedenen Größenordnungen zu verbessern. Im Gegensatz zu den in der Literatur angewendeten Simulationsmethoden berücksichtigt diese Studie, dass eine einzelne Modellierungstechnik die natürlichen Ablagerungsmuster und Variabilität von Karbonaten wahrscheinlich nicht korrekt abbildet. Die Einführung verschiedener Techniken, angepasst auf die verschiedenen Ebenen der stratigrafischen Hierarchie, liefert die notwendige Flexibilität um Karbonatsysteme korrekt zu modellieren. Eine enge Verknüpfung zwischen den Fortschritten auf dem Gebieten der Sedimentologie und dem Gebiet der modellierenden Geowissenschaften sollte weiterhin bestehen, um auch zukünftig bei der Simulation von geologischen Gelände-Aufschlüssen eine Verbesserung der 3-D-Modellierung zu erreichen.

Der Beitrag berichtet, wie im Rahmen eines Forschungsvorhabens, welches durch das BMWi über einen Zeitraum von zwei Jahren gefördert wurde, ist untersucht worden, inwieweit der nachwachsende Rohstoff Miscanthus zur Herstellung von Verpackungen genutzt werden kann. Hierbei wurden zwei Verfahren, das Fasergussverfahren und das additive Fertigungsverfahren 3D-Printing, betrachtet. Beteiligt waren drei KMU und zwei gemeinnützige Forschungseinrichtungen.

Cette thèse propose une méthodologie pour construire un système de reconstruction spatiale et temporelle à partir de plusieurs caméras: étalonnage des caméras et reconstruction 3-D éparse, reconstruction 3-D dense, reconstruction temporelle éparse et dense. Tout d'abord, une formulation probabiliste est dévelo-ppée en association avec des algorithmes de factorisation affine (méthode de reconstruction 3-D fondée sur la factorisation matricielle). Elle permet de récupérer à la fois les paramètres extrinsèques des caméras et les coordonnées 3-D des points de contrôle, étant données les correspondances 2-D de leurs projections et les paramètres intrinsèques des caméras. Le cadre proposé est robuste au bruit et se compare favorablement avec l'ajustement de faisceaux, une méthode standard de minimisation non-linéaire, qui exige un bon estimé initial non loin de l'optimum. Deuxièmement, une méthode d'évolution de maillages est proposée. Elle est capable de gérer les changements topologiques et les auto-intersections sans imposer de contraintes d'échantillonnage sur le maillage. La géométrie exacte du maillage est préservée, à l'exception des parties qui s'auto-intersectent, que l'on retriangularise localement. Des applications sont présentées: le morphing des maillages et la reconstruction 3-D à partir de plusieurs caméras en utilisant des méthodes variationnelles. Troisièmement, une méthode de regroupement de caméras qui utilise l'information de la scène est développée, capable de séparer des reconstructions à grande échelle qui consomment beaucoup de mémoire en plusieurs petites tâches indépendantes de reconstructions partielles utilisant moins de ressources. Enfin, un nouveau descripteur en 3 dimensions est proposé, défini sur des maillages triangulaires échantillonné uniformément. Il est invariant à la rotation, la translation, l'échelle, étant en mesure de capturer les informations géométriques et photométriques locales. Il est particulièrement utile dans le cadre multi-caméras, où les maillages reconstruits bénéficient de la couleur / texture. De plus, le descripteur est défini d'une manière générique pour une fonction quelconque tout au long de la surface (i.e. la couleur, la courbure). Des résultats de correspondance rigide et non rigide sont présentés. Finalement, le descripteur est intégré dans un cadre de suivi temporel dense du maillage.

Na robótica, mapear o ambiente é tarefa importante, porque ela oferece informação para o planejamento e execução de movimentos do robô. Por este motivo, aqui são apresentados estudos que visam a construção de mapas 3-D e técnicas que auxiliam na tarefa de mapeamento. Quando são construídos mapas 3-D, é habilitado para outros pesquisadores e empresas de robótica a desenvolverem trabalhos de análise e planejamento de trajetórias em todos os seis graus de liberdade do corpo rígido que serve para modelar um robô móvel, robô manipulador ou robô móvel manipulador. Com uma representação do ambiente em 3-D, é aumentada a precisão do posicionamento do robô em relação ao ambiente e também o posicionamento de objetos que estão inseridos no campo de atuação do robô. Para solucionar o problema de mapeamento são apresentadas técnicas teóricas e suas aplicações em cada caso estudado. Nos experimentos realizados neste trabalho foi adotada a criação de mapas com grids (malhas) de ocupação. Vale lembrar, no entanto, que a construção de mapas por malhas de ocupação pressupõe o conhecimento do posicionamento do robô no ambiente. Neste trabalho foram conduzidos três experimentos e seus objetivos são redução de dados provenientes de falhas e redundâncias de informação com utilização de técnicas probabilísticas, detecção de movimento através da técnica de extração de fundo e mapeamento 3-D utilizando a técnica de ponto mais próximo. No experimento cujo o objetivo é reduzir os dados, foi possível reduzir para 4,43% a quantidade de pontos necessários para gerar a representação do ambiente com a utilização do algoritmo deste trabalho. O algoritmo de mapeamento 3-D feito com uso de modelos probabilísticos bem estabelecidos e disponíveis na literatura tem como base a probabilidade de eventos independentes e a proposta do trabalho envolvendo probabilidade a posteriori. O experimento de detecção de movimento foi gerado com a utilização da openCV e a tecnologia CUDA e utilizam a técnica do modelo de mistura gaussiana (GMM), foi analisado o tempo de processamento desempenhado por cada implementação e a qualidade do resultado obtido. Para obter uma representação precisa do ambiente foi conduzido o experimento que utiliza técnica iterativa do ponto mais próximo (ICP), para realização foi utilizado o sensor de movimento Kinect e os resultados apresentados não foram satisfatórios devido ao volume de dados adquiridos e a ausência de um sistema de estimativa da localização. / In robotics, map the environment is an important task, because it provides information for planning and executing movements of the robot. For this reason, studies presented here are aimed to build 3-D maps and techniques that aid in the task of mapping. When we build 3-D maps, we enable other researchers and robotics companies to develop analyzes and path planning in all six degrees of freedom rigid body that serves to model a mobile robot, manipulator or mobile robot manipulator.With a representation of the environment in 3-D, we increase the accuracy of the robot positioning in relation to the environment and also the positioning of objects that are inserted into the field of action of the robot. To solve the problem of mapping we presented theoretical techniques and their applications in each case studied.In the experiments in this work we adopted the creation of maps with grids of occupation. However, building grids of occupation assumes knowledge of the position of the robot on the environment.In this work we conducted three experiments and their aims are the reduction of data from failures and redundant information using probabilistic techniques, motion detection by background extraction technique and 3-D mapping technique using the closest point. In the experiment whose goal is to reduce the data has been further reduced to 4.43% the number of points required to generate the representation of the environment with the use of our algorithm.The algorithm of 3-D mapping done with probabilistic models available and well established in the literature is based on the probability of independent events and the proposed work involving the posterior probability.The motion detection experiment was performed with the use of openCV and CUDA technique using the Gaussian mixture model (GMM),and we analyzed the processing time and the quality of each implementation result.For an accurate representation of the environment was conducted the experiment using the technique of iterative closest point (ICP) was used to perform the motion sensor Kinect and the results were not satisfactory due to the volume of data acquired and the absence of a system location estimate.

Durant les quatre dernières décennies, l’industrie des semi-conducteurs a connu une croissance exponentielle. En accord avec l’ITRS et à mesure de l'approche vers le nanomètre, les promesses sont énormes et les composants sont réduits à leurs limites physiques et économiques ultimes. L’objectif principal de cette thèse est d’explorer les opportunités offertes par les technologies émergentes pour la conception d’architectures reconfigurables. Tout d’abord, la thèse se centre sur l’architecture FPGA traditionnelle et étudie des améliorations structurelles apportées par des technologies en ruptures. Tandis que les structures de configuration et de routage occupent la majeure partie de la surface d’un FPGA et limitent ces performances, l’intégration 3-D apparait comme une bonne opportunité pour déplacer ces circuits dans les niveaux métalliques. Des circuits de configuration et de routage utilisant des mémoires résistives compatibles back-end, un procédé d’intégration 3-D ou encore un procédé de réalisation de transistors verticaux seront introduits et évalués dans un contexte architectural complet. Par la suite, la thèse présente de nouvelles propositions architecturales pour la logique à grain ultra-fin. La taille des éléments logiques peut être réduite grâce aux propriétés inhérentes de certaines technologies, telles que l’arrangement en structures entrecroisées de nanofils ou la polarité contrôlable des transistors carbones. Considérant le changement de granularité des opérateurs logiques, des topologies d’interconnexions fixes sont nécessaires afin d’éviter l’important surcoût dû à l’interconnexion programmable. Afin d’étudier les possibilités de cette organisation, un flot d’évaluation est présenté et utilisé pour explorer l’espace de conception relatif aux architectures à grain ultra-fin. / For the last four decades, the semiconductor industry has experienced an exponential growth. According to the ITRS, as we advance into the era of nanotechnology, the traditional CMOS electronics is reaching its physical and economical limits. The main objective of this thesis is to explore novel design opportunities for reconfigurable architectures given by the emerging technologies. On the one hand, the thesis will focus on the traditional FPGA architecture scheme, and survey some structural improvements brought by disruptive technologies. While the memories and routing structures occupy the major part of the FPGAs total area and mainly limit the performances, 3-D integration appears as a good candidate to embed all this circuitry into the metal layers. Configuration and routing circuits based on back-end compatible resistive memories, a monolithic 3-D process flow and a prospective vertical FETs process flow are introduced and assessed within a complete architectural context. On the other hand, the thesis will present some novel architectural schemes for ultra-fine grain computing. The size of the logic elements can be reduced thanks to inherent properties of the technologies, such as the crossbar organization or the controllable polarity of carbon electronics. Considering the granularity of the logic elements, specific fixed and incomplete interconnection topologies are required to prevent the large overhead of a configurable interconnection pattern. To evaluate the potentiality of this new architectural scheme, a specific benchmarking flow will be presented in order to explore the ultra-fine grain architectural design space.

Ce travail de thèse apporte des éléments en vue d’une meilleure compréhension de la circulation et des processus de dispersion associés aux vagues à proximité des plages. Un outil de modélisation numérique opérationnelle a été développé, fondé sur le modèle spectral d’état de mer WAVEWATCH III R et le modèle hydrodynamique 3-D MOHID Water. Le code MOHID a été étendu à l’approche glm2z pour la représentation des interactions 3-D vagues-courant. Les développements théoriques permettant l’obtention des équations glm2z sont rassemblés et détaillés dans ce travail. L’implémentation de ces équations au sein de l’outil de modélisation est exposée. L’outil construit est validé sur deux cas académiques, où est mise en évidence sa capacité à reproduire la solution fournie par des modèles numériques de référence. Par la suite, la modélisation est combinée à des observations in situ pour étudier deux sites de la côte Sud Atlantique française. Ces sites correspondent à des configurations littorales complexes, associant une influence significative des vagues et une stratification haline notable de la colonne d’eau. La confrontation des résultats du calcul 3-D aux mesures fournit des résultats encourageants et apporte des éléments utiles pour la compréhension de la variabilité des courants et des profils de salinité observés. Une baie estuarienne semi-fermée est tout d’abord étudiée. La modélisation y suggère un effet significatif des vagues sur la dispersion des panaches estuariens, susceptible d’impacter la vidange globale de la baie à l’échelle d’un épisode de précipitations. Le second site d’application permet l’étude de la circulation intense induite par les vagues au-dessus d’un système barre/chenal, ainsi que la dispersion des eaux douces introduites par une rivière dans la zone de déferlement. Ce travail fournit finalement un outil de modélisation 3-D pour l’étude de la circulation et du transport sous l’effet de l’ensemble des forçages littoraux. / This work aimed at providing a better understanding of nearshore circulation and dispersion processes under the effect of waves. An operational numerical modeling tool was developed, based on the spectral wave model WAVEWATCH III R and the 3-D hydrodynamical model MOHID Water. The MOHID implementation was extended to the glm2z approach for 3-D wave-current interactions. Theoretical developments leading to glm2z equations are gathered and detailed in the present work. The numerical implementation of glm2z equations is described. The model is validated in academic cases, in which the obtained solution is shown to be consistent with that provided by reference numerical models. Both numerical modeling and in situ measurements are then used to study two nearshore environments, located on the French South Atlantic coast. These complex areas combine a significant effect of waves on dynamics and remarkable salinity stratification. Comparison of 3-D model results with field data are encouraging and offers interesting insights for current and salinity profile variability. Dynamics of a semi-enclosed estuarine bay is first studied. Modeling results suggest that waves may have a significant impact on river plumes, leading to a reduction of the global bay flushing during a raining event. The second study site allows the investigation of the intense circulation generated by waves over a ridge and runnel system, and the dispersion of reshwaters introduced in the surfzone by a small river. Finally, this work provides a 3-D numerical modeling tool for the study of the circulation and related transports under the effects of nearshore forcings.

Der Beitrag berichtet, wie im Rahmen eines Forschungsvorhabens, welches durch das BMWi über einen Zeitraum von zwei Jahren gefördert wurde, ist untersucht worden, inwieweit der nachwachsende Rohstoff Miscanthus zur Herstellung von Verpackungen genutzt werden kann. Hierbei wurden zwei Verfahren, das Fasergussverfahren und das additive Fertigungsverfahren 3D-Printing, betrachtet. Beteiligt waren drei KMU und zwei gemeinnützige Forschungseinrichtungen.

Aus der Einleitung: "Ein wachsender Bedarf an nachhaltig verfügbaren Rohstoffen und knapper werdende Rohölressourcen steigern die wirtschaftliche Bedeutung natürlicher Faserstoffe. Das eröffnet neue, über den traditionellen Einsatz von Papier hinausgehende Anwendungen für cellulosische Fasern, beispielsweise in maßgeschneiderten 3D-Verpackungslösungen, im Leichtbau oder in Konstruktionswerkstoffen. Bei der Erschließung neuer Anwendungsbereiche steht neben der zentralen Kostenfrage das Ziel im Vordergrund, die Bauteile technologisch effizient herzustellen. Dafür sollen weitestgehend etablierte Technologien für die Verarbeitung der eingesetzten Halbzeuge einsetzbar sein, z.T. sind aber auch neue Technologien erforderlich, wie z.B. integriertes Fügen und Umformen. Diese Entwicklungen sind nicht auf die oft als Vorreiter angesehene Automobilbranche beschränkt, sondern betreffen z.B. auch die Möbelbranche, die Baustoffindustrie und zunehmend auch die Papierwirtschaft. ..."

Paper materials have a long history of use in packaging products, although traditional paper-based packaging is limited in its shape and design. In order to enable more advanced paper-based packaging, various 3-D forming processes for paper materials have been studied. Since 3-D forming processes typically include the application of moisture and/or temperature, the effects of moisture and temperature on the mechanical response of paper have also been investigated. In Paper A, an experimental study of the combined effects of moisture and temperature on the uniaxial mechanical properties of paper was conducted. These experiments provided new insights into how moisture and temperature affect both the elastic and plastic properties of paper materials. These experiments also provided the framework from which the effects of moisture and temperature were modelled in Paper C. In Paper B, an explicit finite element model of the paperboard deep-drawing process was developed. An orthotropic material model with in-plane quadrant hardening was developed and verified for paper. The simulation results matched the trends from experimental deep-drawing up to when micro-scale wrinkling occured. Since most experimental failures occur prior to wrinkling, this model provided quantitative understanding of failure in the paperboard deep-drawing process. In Paper C, an explicit finite element model of paper hydroforming, utilizing the same material model for paper materials as in Paper B, was developed and verified. The simulation results matched well with experimental results, and a parametric study with the finite element model produced quantitative understanding of the hydroforming process for paper materials. Additionally, drying was identified as an important phenomenon for determining the extent of formability of paper materials. / Papper har länge använts som förpackningsmaterial men traditionella pappers- och kartongförpackningar är begränsade i form och design. Olika 3-D formnings processor har studerats för att möjliggöra mer avancerade pappersbaserade förpackningar. Effekterna av fukt och temperatur på pappers mekaniska egenskaper har också undersökts eftersom fukt och temperatur har stor betydelse för slutresultatet i 3-D formningsprocesser. I Artikel A har den kombinerade effekten av fukt och temperatur på de uniaxiella mekaniska egenskaperna av papper undersökts experimentellt. Dessa experiment visar hur fukt och temperatur påverkar både elastiska och plastiska egenskaper hos papper samt ligger till grund för modelleringen av inverkan av fukt och temperatur i Artikel C. I Artikel B har en explicit finita element modell för djupdragning av kartong utvecklas. En ortotropisk materialmodell baserad på en rektangulär flytyta har utvecklats och verifierats för kartong. Simuleringen följde trenderna i experimenten fram till den punkt där mikroskopiska rynkor bildas. Resultaten från analyserna med modellen ger kvantitativ förståelse för materialbrott i djupdragningsprocessen eftersom de flesta experimentella materialbrott inträffar innan mikroskopiska rynkor bildas. I Artikel C har ett explicit finita element modell av hydroformning av papper baserad på materialmodellen från Paper B utvecklats och verifierats mot experimentell hydroformning av papper. En parameterstudie med finitaelement-modellen producerade kvantitativ förståelse för hydroformningsprocessen för papper. Dessutom identifieras torkning som ett viktigt fenomen för att fastställa graden av formbarheten för pappersmaterial. / <p>QC 20150907</p>