A caracterização geotécnica de maciços rochosos é um dos aspectos mais importantes para o sucesso de um empreendimento mineiro. Desta forma é preciso ter um investimento significativo para a aquisição de dados durante a fase de pesquisa mineral, bem como um grande esforço para manipular os dados obtidos. Para se determinar as propriedades de um maciço, é necessário estabelecer, primeiramente, as diferenças entre rochas intacta e maciço rochoso. O comportamento mecânico destas duas classes pode apresentar grandes diferenças quando analisadas em laboratório. Um dos métodos mais utilizados no ambiente mineiro para classificar o maciço rochoso é o Rock Mass Rating (RMR), sistema que consiste em ranquear os seguintes parâmetros: Rock Quality Designation (RQD), espaçamento entre fraturas, resistência a compressão simples (UCS), qualidade das descontinuidades e presença de água no maciço. Este trabalho tem por utilizar a geoestatística para primeiro se conhecer algumas das particularidades destas variáveis, tais como a não linearidade, o comportamento em diferentes direções e a união de diferentes populações e posteriormente usar as técnicas de krigagem para criar um modelo geotécnico tridimensional. A geoestatística nos permite obter uma estimativa mais precisa e ter um maior conhecimento da incerteza do fenômeno, entretanto o RMR, por não ser uma variável aditiva, não se pode aplicar diretamente o uso das técnicas de krigagem. Assim uma metodologia é proposta para se estimar cada um dos parâmetros, ranqueá-los de acordo com seus valores e por fim obter a classificação RMR através do somatório destes ranques. Os resultados são comparados com a geologia estrutural da região de estudo, para se analisar a relação desta com a qualidade do maciço. A metodologia proposta apresentou uma melhora significante na qualidade de informações no local estimado e mostrou ser uma tentativa consistente para se criar um modelo geotécnico 3D. / The geotechnical characterization of rock masses is one of the most important aspects for the success of a mining enterprise. In this way, it is necessary to have a significant investment to acquire data during the mineral research phase and to make a great effort to manipulate and interpret the obtained data. In order to know a rock, it is necessary to establish the differences of properties between rock intact and rocky mass. The mechanical behavior of these two classes can present great differences when analyzed in the laboratory. One of the methods most used in the mining environment to classify the rock mass is the Rock Mass Rating (RMR) system, which consists of ranking the following parameters: Rock Quality Designation (RQD), fracture spacing, simple compression strength (UCS) quality of the discontinuities and presence of water in the massif. This work has to use geostatistics to first know some of the peculiarities of these variables, such as nonlinearity, behavior in different directions and the union of different populations and later to use kriging techniques to create a three - dimensional geotechnical model. The geostatistics allows us to obtain a more accurate estimate and to have a better knowledge of the uncertainty of the phenomenon, however, the RMR is not an additive variable, so cannot be directly applied the use of kriging techniques. Thus a methodology is proposed to estimate each of the parameters, rank them according to their values and finally obtain the RMR classification through the sum of these ranks. The results are compared with the structural geology of the study region, in order to analyze its relation with the quality of the rock mass. The proposed methodology presented a significant improvement in the quality of information at the estimated site and proved to be a consistent attempt to create a 3D geotechnical model.

A área de estudo está localizada na parte sudeste do estado do Paraná, município de Carambeí, PR. Nessa região, há uma ocorrência de ouro conhecida desde a metade do século 18, que foi explotada por garimpeiros. Esse estudo tem por objetivo a modelagem geológica e avaliação de recursos minerais por técnicas geoestatísticas. A mineralização de ouro é encontrada nas rochas hidrotermalizadas do Grupo Castro. A pesquisa mineral foi desenvolvdia pela Terra Pura, uma empresa brasileira. Todos os dados da área foram liberados para este estudo. Nesse estudo, foram considerados os dados de sondagens por circulação reversa e diamantada. A primeira questão que surge do uso de dados de diferentes métodos de sondagem se refere ao suporte amostral e consequentemente sua validação. Geralmente, a validação de tais dados é feita usando a aproximação tradicional de furos gêmeos, onde uma é a circulação reversa e outra a diamantada. Isso é muito difícil porque há variação geológica mesmo para pequenas distancias. Além disso, quando esses dados são comparados em um diagrama de dispersão, o coeficiente de correlação é geralmente baixo. Assim, nesse trabalho foi usada uma nova aproximação estatística para comparar as distribuições de frequências das amostras coletadas nas sondagens por circulação reversa e a diamante. O resultado foi muito bom mostrando uma aderência de mais que 90%, que implica em uma possível mudança dos métodos de exploração, pois o custo da circulação reversa é muito menor que da sondagem diamantada. Essa conclusão permitiu a utilização de ambos os conjuntos de dados para desenvolver as etapas posteriores desta pesquisa objetivando a modelagem geológica e avaliação de recursos minerais usando métodos geoestatísticos. Nesta área, as rochas hidrotermalizadas ocorrem conforme um trend local com direção N45E e mergulhando 30 para SE. Essa informação estrutural foi usada tanto para a modelagem geológica e geoestatística dos recursos minerais resultando em modelos compatíveis e úteis para o entendimento da distribuição de ouro. / The study area is located in southeastern of Paraná state, municipality of Carambeí. In this region there is an occurrence of gold known since middle of 18th century, which was exploted by prospectors. This study concerns geological modeling and ore resource estimation by geostatistical techniques. The gold mineralization is found within hydrothermalized rocks of the Castro Group. The mineral exploration was developed by Terra Pura, a Brazilian company. All data regarding this area was released for this research. For this study we considered data from reverse circulation and diamond drill holes. The first question that arises from using data coming from different drilling methods is the sampling support and consequently its validation. Usually, validation of such data is made using the traditional approach of comparing twin drill holes, in which one is reverse circulation and the other is diamond drill. This is very difficult because we have geological variation even for short distances. Moreover, when both data are compared in a scattergram, the correlation coefficient is usually low. Thus, in this work we used a new statistical approach to compare frequency distributions of samples collected from reverse circulation and diamond drill holes. The result was very good showing a match of more than 90% that implies in a possible change of exploration methods, because reverse circulation is much cheaper than diamond drill holes. This result allowed us to use both data sets to develop further steps of this research aiming the geological modeling and ore resource estimation using geostatistical methods. In this area hydrothermal rocks occur according to a local trend striking N45E and dipping 30 SE. The structural information was used for both geological and geostatistical modeling of mineral resources resulting and compatible and useful models for understanding the distribution of gold.

O depósito estudado é composto por uma suíte de rochas máfico-ultramáficas com mineralizações sulfetadas cupro-niquelíferas associadas, apresentando um extenso banco de dados com informações tanto de análises químicas e de densidade, quanto de descrição litológica para as amostras de sondagem diamantada. Este trabalho apresenta a aplicação de diferentes técnicas geoestatísticas com dois própositos distintos. Primeiramente, o cálculo dos recursos minerais do depósito através de krigagem ordinária, e segundo a apresentação de um modelo geológico gerado a partir de estimativa de litologias através de krigagem indicadora. Para tanto foi realizado uma criteriosa validação da base de dados através da análise das estatísticas descritivas e análise por regressão mútipla das variáveis contínuas e análise de agrupamento para as variáveis categóricas. Seguiram-se então as etapas de modelagem tridimensional das três unidades geológicas e dos corpos de minério e, posteriormente, as estimativas de teores de níquel e cobre por krigagem ordinária e estimativa de litologias por krigagem indicadora. Assim foi possível, além de se gerar um modelo geológico probabilístico útil no entendimento das relações geométricas e estratigráficas dos corpos rochosos, comparar as interpretações geológicas e os teores químicos com os dados categóricos estimados, apresentando a krigagem de indicadores como uma interessante alternativa em estudos de avaliação de depósitos. / The studied deposit is composed of a mafic-ultramafic suite with cupro-nickeliferous sulphide mineralization associates and has an extensive data base with information such as chemical analyses and density, and such as lithologic description on the borehole samples. This work presents the application of different geostatistics techniques with two distinct aims. First, the calculation of the mineral resources of the deposit through ordinary kriging, and second the generation of a geological model from estimated of lithologies through indicator kriging. In order to reach this aim, validation of the database through the analysis of the descriptive statisticians and analysis of multiple regression was done for the continuous variable, and cluster analysis for the categorical variable. The procedure for threedimensional modeling was carried out for the three geologic units and the ore bodies, just then the estimates of nickel and copper grades were calculated through ordinary kriging and lithologies through indicator kriging. In this way it was possible to generate probabilistic geological model useful to understanding rock body geometry and stratigraphy and to compare geological classic interpretation and chemical grades with categorical estimates, which leads to conclude the use of indicator kriging as an insteristing alternative to mineral deposits evaluation.

A área de estudo está localizada na parte sudeste do estado do Paraná, município de Carambeí, PR. Nessa região, há uma ocorrência de ouro conhecida desde a metade do século 18, que foi explotada por garimpeiros. Esse estudo tem por objetivo a modelagem geológica e avaliação de recursos minerais por técnicas geoestatísticas. A mineralização de ouro é encontrada nas rochas hidrotermalizadas do Grupo Castro. A pesquisa mineral foi desenvolvdia pela Terra Pura, uma empresa brasileira. Todos os dados da área foram liberados para este estudo. Nesse estudo, foram considerados os dados de sondagens por circulação reversa e diamantada. A primeira questão que surge do uso de dados de diferentes métodos de sondagem se refere ao suporte amostral e consequentemente sua validação. Geralmente, a validação de tais dados é feita usando a aproximação tradicional de furos gêmeos, onde uma é a circulação reversa e outra a diamantada. Isso é muito difícil porque há variação geológica mesmo para pequenas distancias. Além disso, quando esses dados são comparados em um diagrama de dispersão, o coeficiente de correlação é geralmente baixo. Assim, nesse trabalho foi usada uma nova aproximação estatística para comparar as distribuições de frequências das amostras coletadas nas sondagens por circulação reversa e a diamante. O resultado foi muito bom mostrando uma aderência de mais que 90%, que implica em uma possível mudança dos métodos de exploração, pois o custo da circulação reversa é muito menor que da sondagem diamantada. Essa conclusão permitiu a utilização de ambos os conjuntos de dados para desenvolver as etapas posteriores desta pesquisa objetivando a modelagem geológica e avaliação de recursos minerais usando métodos geoestatísticos. Nesta área, as rochas hidrotermalizadas ocorrem conforme um trend local com direção N45E e mergulhando 30 para SE. Essa informação estrutural foi usada tanto para a modelagem geológica e geoestatística dos recursos minerais resultando em modelos compatíveis e úteis para o entendimento da distribuição de ouro. / The study area is located in southeastern of Paraná state, municipality of Carambeí. In this region there is an occurrence of gold known since middle of 18th century, which was exploted by prospectors. This study concerns geological modeling and ore resource estimation by geostatistical techniques. The gold mineralization is found within hydrothermalized rocks of the Castro Group. The mineral exploration was developed by Terra Pura, a Brazilian company. All data regarding this area was released for this research. For this study we considered data from reverse circulation and diamond drill holes. The first question that arises from using data coming from different drilling methods is the sampling support and consequently its validation. Usually, validation of such data is made using the traditional approach of comparing twin drill holes, in which one is reverse circulation and the other is diamond drill. This is very difficult because we have geological variation even for short distances. Moreover, when both data are compared in a scattergram, the correlation coefficient is usually low. Thus, in this work we used a new statistical approach to compare frequency distributions of samples collected from reverse circulation and diamond drill holes. The result was very good showing a match of more than 90% that implies in a possible change of exploration methods, because reverse circulation is much cheaper than diamond drill holes. This result allowed us to use both data sets to develop further steps of this research aiming the geological modeling and ore resource estimation using geostatistical methods. In this area hydrothermal rocks occur according to a local trend striking N45E and dipping 30 SE. The structural information was used for both geological and geostatistical modeling of mineral resources resulting and compatible and useful models for understanding the distribution of gold.

O conhecimento de propriedades do solo ligadas diretamente à produtividade das culturas é uma busca incessante. As propriedades fortemente correlacionadas com o espaço poroso do solo tornam-se muito importantes, principalmente porque têm ação direta no desenvolvimento vegetal: é pelo espaço poroso que ocorre o deslocamento de água e ar para a rizosfera das plantas. Cada tipo de solo e mesmo cada horizonte pedológico possui uma geometria de poros que o caracteriza e que permite uma maior ou menor facilidade de transportar água e, consequentemente, o ar. Como as propriedades do solo relacionadas ao transporte de água e de ar são altamente variáveis no espaço, o objetivo deste trabalho foi estudar a variabilidade espacial: a) dos parâmetros da equação que correlaciona a condutividade hidráulica com o conteúdo de água no solo e b) da permeabilidade do solo ao ar. Para tanto, foi instalado um experimento no campo, num Latossolo Vermelho Amarelo textura média, constituído por 60 tubos de acesso a uma sonda de nêutrons, numa malha regular de 5 x 5 m, com a finalidade de medir o conteúdo de água em função do tempo, nas profundidades de 0,20; 0,40; 0,60; 0,80 m e, então, determinar-se a condutividade hidráulica pelo método do perfil instantâneo. A permeabilidade do solo ao ar (ka) foi determinada pelo método da pressão decrescente, realizada em laboratório, utilizando amostras de solo com estrutura indeformada, equilibradas nas tensões de 6 e 10 kPa. De posse desses atributos do solo, realizou-se o estudo da variabilidade espacial. Os valores mais elevados de condutividade hidráulica do solo saturado e de permeabilidade intrínseca do solo ao ar foram encontrados nas porções da área experimental com menores cotas altimétricas, o que indica uma influência da morfologia do terreno na estrutura do solo, principalmente porque nessas porções há uma maior quantidade de argila. Os mapas de predição mostram que a condutividade hidráulica do solo saturado está correlacionada diretamente com o conteúdo de água do solo saturado e inversamente com o coeficiente angular da reta do logaritmo da condutividade hidráulica em função do conteúdo de água no solo. Os mapas de predição das permeabilidades do solo ao ar foram semelhantes quanto à localização dos maiores e menores valores, mas houve um aumento das porções de área com valores mais elevados de ka(m=-10 kPa) em comparação ao de ka(m=-6 kPa), devido ao esvaziamento de poros com raios menores, que aumenta a conectividade e consequentemente o fluxo de ar. / The knowledge of soil properties directly related to crops yield is na incessant search. The soil properties strongly correlated with the soil porosity are very important for their direct action on plant development: it is through the soil porous space that occurs water and air displacement to plant rhizosfere. Each kind of soil and even each soil horizont have a pore geometry that the chracterizes and permits a higher or lower facility in transporting water and air. Since these soil properties are highly variable in space, the objective of this work was to study the spatial variability: a) of the parameters of the equation correlating soil hydraulic conductivity and soil water content and, b) of the soil air permeability. For this, 60 acess tubes for a neutron probe were installed in a medium texture Yellow Red Latosol, in a regular grid of 5 x 5 m, in order to measure the soil water content a long the time, in depths of 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 m and to determine the hydraulic conductivity by instantaneous profile method. The soil air permeability was determined by the decreasing pressure method in laboratory, using undisturbed soil samples under stabilized matric soil water potentials of -6 and -10 kPa. The higher values of saturated hydraulic conductivity and soil air permeability were found in the lower altitudes of the experimental area, showing that topography can influence soil structure, due mainly the higher amount of clay in lower altitudes. The predict map of saturated hydraulic conductivity shows that this soil propertie is directly correlated with the saturated soil water content and inversely correlated with the slope of the curve of logarithm of hydraulic conductivity as a function of soil water content. Predict maps of soil air permeability were similar, since the higher and lower values were found in the same place. However, there were an increase of the area with higher air permeability, measured under -10 kPa, due to higher amount of air filled pores, increasing the porous connectivity and the air flow.

Desde que um depósito mineral apenas terá sua geometria e propriedades reais conhecidas após a completa extração e processamento, é necessário o emprego de modelos e estimativas ao longo da vida do projeto para seu correto planejamento. Estimativas são fortemente afetadas pela qualidade dos dados, o que torna fundamental seu controle e certificação. Tal necessidade levou à industrial mineral a adotar controles e procedimentos que meçam e garantam a qualidade da informação. Esses controles para amostragem e análises laboratoriais são baseados em valores de tolerância máxima de erros tipicamente baseada na literatura ou tidos como boas práticas, apesar de tais valores não levarem em conta a precisão e acurácia necessária em um dado projeto ou características especificas de um projeto. Nesse contexto se propõe, através da análise de sensibilidade, uma metodologia que mensure como os erros analíticos e/ou locacionais se propagam às estimativas. Assumindo a base de dados inicial como isenta de erros, outras bases são geradas pela adição de incerteza; as curvas de sensibilidades relacionam o impacto das estimativas à incerteza adicionada a cada base de dados. Tais erros são sorteados dentro de uma distribuição normal com média zero e diferentes desvios-padrões (simulando diferentes níveis de incerteza) para teores e posição espacial. O impacto é medido pela comparação das estimativas com a base se dado sem perturbação e os os modelos derivados de bases perturbadas. Os resultados são apresentandos através de perda/diluição, correlação entre blocos estimados com os dados originais e perturbados e pelo seu desvio médio. A metodologia proposta foi aplicada nos dados de Walker Lake (Nevada-USA) e parte do depósito de bauxita de Miraí (MG-Brazil). Baseado na curva de sensibilidade, pôde-se avaliar impacto na reconciliação diária da mina de Miraí, causada pela incerteza dos dados. Os resultados indicaram que o impacto de erros nas coordenadas tem um comportamento exponencial, onde erros relativos até 10% da dimensão da malha causam um baixo desvio nas estimativas. A incerteza analítica em geral é reduzida na incerteza dos valores krigados. Definindo como aceitável na mina de Miraí que 90% dos blocos devam ter um máximo de incerteza causada pelos dados de 10% para Al2O3 e recuperação mássica e de 30% para sílica reativa, a metodologia proposta definiu uma tolerância para o controle de qualidade das duplicatas de campo respectivamente de 10.9%, 9.5% e 12.5%. Os erros calculados coincidem com os 10% tipicamente sugeridos pela literatura. / Since a mineral deposit only has its exact geometry and properties known after its complete extraction and processing, it is necessary to use models and estimates throughout the life of the project for proper planning. Estimates are strongly affected by data quality; consequently, their control and certification are imperative. This leads the mineral industry to adopt controls and procedures to measure and ensure data quality. These controls used for sampling and lab analysis are based on max error tolerance intervals typically suggested in the literature, however these limits do not take into account the precision and accuracy required in a given project or in a specific mineral deposit. In this context, this dissertation proposes throughout sensitivity analysis a methodology that measures how the analytical and/or locational errors propagate to estimates. It started using an original dataset considered error free, and databases created from it by adding errors. Sensitivity curves relate the impact on block estimate due to the uncertainty added to each database. The samples errors are draw from a normal distribution with zero mean and different standard deviations (emulating different precision levels) for grades and spatial position. The impact is measure by comparing estimates based on an error-free database against the model derived from error added data sets counting blocks affected by loss/dilution, correlation between original block model versus new model with error added to the data and the block mean deviations. The methodology proposed was illustrated using the Walker Lake (Nevada-USA) dataset and part of Miraí bauxite deposit (MG-Brazil). Based on the defined sensitivity curve the impact on the daily grade reconciliation at Miraí mine caused by using a database with error added is assessed. The results indicates that the impact on grade estimation caused by data coordinates uncertainty has an exponential behavior, where relative errors below 10% of the sampling spacing cause low impact on estimated values. The kriging weighted averaging in general mostly reduces the analytical uncertainty. Defining as acceptable for Miraí Mine that 90% of blocks should have errors (caused by poor quality data) lower than 10% related to Al2O3 and for mass recovery and of 30% for reactive silica, the proposed methodology defines a quality control tolerance to field replicate respectively of 10.9%, 9.5% and 12.5%. The defined error limits coincided with the values suggested by literature at 10%.

Dans le secteur de l'automobile, les turbomachines sont des machines tournantes participant au refroidissement des moteurs des voitures. Leur performance dépend de multiples paramètres géométriques qui déterminent leur forme. Cette thèse s'inscrit dans le projet ANR PEPITO réunissant industriels et académiques autour de l'optimisation de ces turbomachines. L'objectif du projet est de trouver la forme du ventilateur maximisant le rendement en certains points de fonctionnement. Dans ce but, les industriels ont développé des codes CFD (computational fluid dynamics) simulant le fonctionnement de la machine. Ces codes sont très coûteux en temps de calcul. Il est donc impossible d'utiliser directement le résultat de ces simulations pour conduire une optimisation.Par ailleurs, lors de la construction des turbomachines, on observe des perturbations sur les paramètres d'entrée. Elles sont le reflet de fluctuations des machines de production. Les écarts observés sur la forme géométrique finale de la turbomachine peuvent provoquer une perte de performance conséquente. Il est donc nécessaire de prendre en compte ces perturbations et de procéder à une optimisation robuste à ces fluctuations. Dans ce travail de thèse, nous proposons des méthodes basées sur du krigeage répondant aux deux principales problématiques liées à ce contexte de simulations coûteuses :• Comment construire une bonne surface de réponse pour le rendement lorsqu'il y a beaucoup de paramètres géométriques ?• Comment procéder à une optimisation du rendement efficace tout en prenant en compte les perturbations des entrées ?Nous répondons à la première problématique en proposant plusieurs algorithmes permettant de construire un noyau de covariance pour le krigeage adapté à la grande dimension. Ce noyau est un produit tensoriel de noyaux isotropes où chacun de ces noyaux est lié à un sous groupe de variables d'entrée. Ces algorithmes sont testés sur des cas simulés et sur une fonction réelle. Les résultats montrent que l'utilisation de ce noyau permet d'améliorer la qualité de prédiction en grande dimension. Concernant la seconde problématique, nous proposons plusieurs stratégies itératives basées sur un co-krigeage avec dérivées pour conduire l'optimisation robuste. A chaque itération, un front de Pareto est obtenu par la minimisation de deux objectifs calculés à partir des prédictions de la fonction coûteuse. Le premier objectif représente la fonction elle-même et le second la robustesse. Cette robustesse est quantifiée par un critère estimant une variance locale et basée sur le développement de Taylor. Ces stratégies sont comparées sur deux cas tests en petite et plus grande dimension. Les résultats montrent que les meilleures stratégies permettent bien de trouver l'ensemble des solutions robustes. Enfin, les méthodes proposées sont appliquées sur les cas industriels propres au projet PEPITO. / The turbomachineries are rotary machines used to cool down the automotive engines. Their efficiency is impacted by a high number of geometric parameters that describe the shape.My thesis is fully funded by the ANR project PEPITO where industrials and academics collaborate. The aim of this project is to found the turbomachineries shape that maximizes the efficiency.That is why, industrials have developed numerical CFD (Computational fluid dynamics) codes that simulate the work of turbomachineries. However, the simulations are time-consuming. We cannot directly use the simulations provided to perform the optimization.In addition, during the production line, the input variables are subjected to perturbations. These perturbations are due to the production machineries fluctuations. The differences observed in the final shape of the turbomachinery can provoke a loss of efficiency. These perturbations have to be taken into account to conduct an optimization robust to the fluctuations. In this thesis, since the context is time consuming simulations we propose kriging based methods that meet the requirements of industrials. The issues are: • How can we construct a good response surface for the efficiency when the number of input variables is high?• How can we lead to an efficient optimization on the efficiency that takes into account the inputs perturbations?Several algorithms are proposed to answer to the first question. They construct a covariance kernel adapted to high dimension. This kernel is a tensor product of isotropic kernels in each subspace of input variables. These algorithms are benchmarked on some simulated case and on a real function. The results show that the use of this kernel improved the prediction quality in high dimension. For the second question, seven iterative strategies based on a co-kriging model are proposed to conduct the robust optimization. In each iteration, a Pareto front is obtained by the minimization of two objective computed from the kriging predictions. The first one represents the function and the second one the robustness. A criterion based on the Taylor theorem is used to estimate the local variance. This criterion quantifies the robustness. These strategies are compared in two test cases in small and higher dimension. The results show that the best strategies have well found the set of robust solutions. Finally, the methods are applied on the industrial cases provided by the PEPITO project.

Submitted by TÂNIA MARIA DE CARVALHO null (taniacarvalho2010@gmail.com) on 2017-02-02T19:26:12Z No. of bitstreams: 1 TESE_arquiv.pdf: 4743361 bytes, checksum: 0c094f892ee8b02e1690df7e4438651f (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-06T16:42:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carvalho_tm_dr_bot.pdf: 4743361 bytes, checksum: 0c094f892ee8b02e1690df7e4438651f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T16:42:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carvalho_tm_dr_bot.pdf: 4743361 bytes, checksum: 0c094f892ee8b02e1690df7e4438651f (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / O mapa de solos é uma ferramenta essencial para o planejamento de uso da terra e estudos que envolvem aspectos ambientais relativos a esse importante recurso natural. Técnicas quantitativas e ferramentas de geoprocessamento têm sido aliadas à interpretação dos processos pedogenéticos para possibilitar a elaboração de mapas mais precisos, obtidos por processo mais rápido e menos oneroso. Dentre os modelos aplicados, os denominados modelos híbridos empregam variáveis auxiliares preditoras e autocorrelação espacial, para viabilizar a predição de atributos de solo em locais não amostrados. A iniciativa para mapeamento digital do solo em escala mundial – GlobalSoilMap.net atua no sentido de disponibilizar representações globais de atributos de solo, elaboradas por meio da aplicação de modelo híbrido em dados legados de solos, realizando a prática do Mapeamento Digital de Solos (MDS). Com base nesse princípio, esse trabalho baseou-se na hipótese de que a aplicação da técnica híbrida regressão-krigagem, utilizando dados legados de levantamento de solo e covariáveis de relevo e sensoriamento remoto proveem mapa de atributos de solo representativos de uma área da Cuesta de Botucatu. O modelo foi aplicado localmente, a duas profundidades, para representação contínua do Índice de Avermelhamento (IAV), saturação de bases (V%), teor de areia, teor de argila, CTC e pH dos solos da Fazenda Experimental Edgárdia, para a qual são disponíveis dados de levantamento de solo. As covariáveis preditoras derivadas de um MDE e de imagem orbital foram uniformizadas a uma resolução espacial de 10 m, e os métodos foram selecionados de acordo com a verificação de correlação linear significativa entre atributos e covariáveis e autocorrelação espacial dos atributos ou dos resíduos de regressões lineares múltiplas (RLM). Os dados foram separados em subconjuntos de treinamento e validação. Os coeficientes de correlação entre atributos de solo e covariáveis foram significativos e variaram de -0,40 a 0,51. Os preditores mais correlacionados aos atributos foram Índice Topográfico de Umidade (ITU), Declividade (Decl), Aspecto (Aspc), Elevação (Elev) e índice de vegetação NDVI, sendo os quatro últimos os principais na estimação das frações texturais. Os valores de R² ajustado das RLM, entre 0,10 e 0,36, foram considerados baixos. De modo geral, os mapas de predição expuseram padrões característicos da variação espacial observada nos mapas das covariáveis preditoras, usadas na calibração dos modelos. Foi observado um incremento na acurácia entre as duas etapas do processo de RK, indicando que o mapa final é superior em relação à RLM. No entanto, os modelos apresentaram, de modo geral, um baixo desempenho quando avaliados por meio de validação externa, mesmo com a estratificação em duas áreas mais uniformes em termos de relevo. Os resultados indicaram a limitação do uso de amostragem para fins de levantamento em modelos de predição. Houve ainda dificuldade de aplicação dos modelos em função do contexto litológico complexo e da dinâmica local de formação de solos, que não puderam ser detectadas pelas covariáveis selecionadas. Apesar das limitações, os mapas de predição apresentaram coerência com o conhecimento relativo aos atributos, nas condições locais. / The soil map is an essential tool for land use planning and studies related to environmental aspects of this important natural resource. Quantitative techniques and geoprocessing tools are currently combined with the interpretation of pedogenic processes to enable the development of more accurate maps obtained by faster and less costly process. Among the models applied to it, the hybrid models employ predictive auxiliary variables and spatial autocorrelation, to enable the prediction of soil attributes in unsampled locations. The digital soil mapping worldwide project – GlobalSoilMap.net acts in order to provide global representations of soil attributes developed through the application of hybrid model in legacy soil data, performing the practice of Digital Soil Mapping (MDS). This work was based on the assumption that the application of the hybrid technique of regression-kriging (RK), using legacy data of soil survey and covariates of relief and remote sensing provide representative map of soil attributes of an area in Cuesta of Botucatu. The goal was to apply locally, in two depths, prediction models and continuous representation of Soil Redness Index (IAV), base saturation index (V%), sand content and clay content, cation-exchange capacity (CTC) and pH of the soils in Edgardia Experimental Farm, for which are available soil survey data. The predictor covariates were derived from an Digital Elevation Model (MDE) and an orbital image. They were all standardized at spatial resolution of 10 m, the methods were selected by checking significant linear correlation between attributes and covariates and spatial autocorrelation of attributes or residues of multiple linear regressions (RLM). The data were separated into training and validation subsets. The correlation coefficients (r) between soil attributes and covariates were significant and ranged from -0.40 to 0.51. The predictors more correlated to attributes were topographic wetness index (ITU), slope (Decl), aspect (Aspc), elevation (Elev) and vegetation index (NDVI), and the last four are key definers of granulometric fractions. The values of adjusted R² of RLM were between 0.10 and 0.36, which is considered low. In general, the prediction maps exhibited characteristic patterns of spatial variation observed in the covariates maps, used in the calibration of the models. An increase in accuracy was observed between the two steps of the modeling process by RK, indicating that the final map is better than the RLM. However, the models showed generally low performance, and did not provide good results when evaluated by external validation and even if the area was stratified in two smaller plots, with more homogeneous relief. The results indicated the restricted use of soil survey sampling in prediction models, and the difficulty of applying MDS in areas with complex lithology, especially where the correlation between local dynamics of soil genesis and selected covariates are not strong. Despite the limitations, the prediction maps were consistent with knowledge about soil properties in local conditions.

Les turbomachines aéronautiques sont composées de plusieurs roues aubagées dont la fonction estde transférer l’énergie de l’air au rotor. Les roues aubagées des modules compresseur et turbine sontdes pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre à des impératifs de performanceaérodynamique, de tenue mécanique, de tenue thermique et de performance acoustique. L’optimisation aéro-méca-acoustique ou aéro-thermo-mécanique des aubages consiste à chercher, pourun ensemble de formes aérodynamiques paramétrées (par plusieurs dizaines de variables), celleassurant le meilleur compromis entre la performance aérodynamique du moteur et la satisfactionde plusieurs dizaines de contraintes souvent contradictoires. Cette thèse introduit une méthode d’optimisation basée sur les métamodèles et adaptée à la grande dimension pour répondre à la problématique industrielle des aubages. Les contributions de cettethèse portent sur deux aspects : le développement de modèles de krigeage, et l’adaptation d’unestratégie d’optimisation pour la gestion du grand nombre de variables et de contraintes.La première partie de ce travail traite des modèles de krigeage. Nous avons proposé une nouvelleformulation du noyau de covariance permettant de réduire le nombre de paramètres du modèleafin d’accélérer sa construction. Une des limitations connues du modèle de krigeage concernel’estimation de ses paramètres. Cette estimation devient de plus en plus difficile lorsque nousaugmentons la dimension du phénomène à approcher. En particulier, la base de données nécessitedavantage de points et par conséquent la matrice de covariance du modèle du krigeage est de plusen plus coûteuse à inverser. Notre approche consiste à réduire le nombre de paramètres à estimer en utilisant la méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS pour Partial Least Squares). Cette méthode de réduction dimensionnelle fournit des informations sur la relation linéaire entre les variables d’entrée et la variable de sortie. Ces informations ont été intégrées dans les noyaux du modèle de krigeage tout en conservant les propriétés de symétrie et de positivité des noyaux. Grâce à cette approche, la construction de ces nouveaux modèles appelés KPLS est très rapide étant donné le faible nombre de paramètres nécessaires à estimer. La validation de ces modèles KPLS sur des cas test académiques ou industriels a démontré leur qualité de prédiction équivalente voire même meilleure que celle des modèles de krigeage classiques. Dans le cas de noyaux de covariance de type exponentiel, laméthode KPLS peut être utilisée pour initialiser les paramètres du krigeage classique, afin d’accélérerla convergence de l’estimation des paramètres du modèle. La méthode résultante, notée KPLS+K, a permis d’améliorer la qualité des modèles dans le cas de fonctions fortement multimodales. La deuxième contribution de la thèse a consisté à développer une stratégie d’optimisation globale sous contraintes pour la grande dimension, en s’appuyant sur les modèles KPLS ou les modèlesKPLS+K. En effet, nous avons étendu la méthode d’optimisation auto-adaptative connue dans lalittérature sous le nom "Efficient Global Optimisation, EGO" pour gérer les problèmes d’optimisationsous contraintes en grande dimension. Différents critères d’enrichissement adaptatifs ont pu êtreexplorés. Cette stratégie a permis de retrouver l’optimum global sur des problèmes académiquesjusqu’à la dimension 50. La méthode proposée a été confrontée à deux types de problèmes industriels, le cas test MOPTA issu de l’industrie automobile (124 variables d’entrée et 68 fonctions contraintes) et le cas test Snecma des aubes de turbomachines (50 variables d’entrée et 31 fonctions contraintes). Les résultats ont permis de montrer la validité de la démarche ainsi que les limites de la méthode pour une application dans un cadre industriel. / Aerospace turbomachinery consists of a plurality of blades. Their main function is to transfer energybetween the air and the rotor. The bladed disks of the compressor are particularly important becausethey must satisfy both the requirements of aerodynamic performance and mechanical resistance.Mechanical and aerodynamic optimization of blades consists in searching for a set of parameterizedaerodynamic shape that ensures the best compromise solution between a set of constraints.This PhD introduces a surrogate-based optimization method well adapted to high-dimensionalproblems. This kind of high-dimensional problem is very similar to the Snecma’s problems. Ourmain contributions can be divided into two parts : Kriging models development and enhancementof an existing optimization method to handle high-dimensional problems under a large number ofconstraints. Concerning Kriging models, we propose a new formulation of covariance kernel which is able toreduce the number of hyper-parameters in order to accelerate the construction of the metamodel.One of the known limitations of Kriging models is about the estimation of its hyper-parameters.This estimation becomes more and more difficult when the number of dimension increases. Inparticular, the initial design of experiments (for surrogate modelling construction) requires animportant number of points and therefore the inversion of the covariance matrix becomes timeconsuming. Our approach consists in reducing the number of parameters to estimate using the Partial LeastSquares regression method (PLS). This method provides information about the linear relationshipbetween input and output variables. This information is integrated into the Kriging model kernelwhile maintaining the symmetry and the positivity properties of the kernels. Thanks to this approach,the construction of these new models called KPLS is very fast because of the low number of newparameters to estimate. When the covariance kernel used is of an exponential type, the KPLS methodcan be used to initialize parameters of classical Kriging models, to accelerate the convergence of theestimation of parameters. The final method, called KPLS+K, allows to improve the accuracy of themodel for multimodal functions. The second main contribution of this PhD is to develop a global optimization method to tacklehigh-dimensional problems under a large number of constraint functions thanks to KPLS or KPLS+Kmethod. Indeed, we extended the self adaptive optimization method called "Efficient Global Optimization,EGO" for high-dimensional problems under constraints. Several enriching criteria have been tested. This method allows to estimate known global optima on academic problems up to 50 inputvariables. The proposed method is tested on two industrial cases, the first one, "MOPTA", from the automotiveindustry (with 124 input variables and 68 constraint functions) and the second one is a turbineblade from Snecma company (with 50 input variables and 31 constraint functions). The results showthe effectiveness of the method to handle industrial problems.We also highlight some importantlimitations.

Submitted by Kamila Costa (kamilavasconceloscosta@gmail.com) on 2015-06-08T20:20:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Douglas M P da Silva.pdf: 9226105 bytes, checksum: 1d2f87af052c1677c267f70da8d3982a (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-09T13:27:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Douglas M P da Silva.pdf: 9226105 bytes, checksum: 1d2f87af052c1677c267f70da8d3982a (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-09T13:43:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Douglas M P da Silva.pdf: 9226105 bytes, checksum: 1d2f87af052c1677c267f70da8d3982a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-09T13:43:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação-Douglas M P da Silva.pdf: 9226105 bytes, checksum: 1d2f87af052c1677c267f70da8d3982a (MD5) Previous issue date: 2013-11-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Soil Anthropic Terra Preta can be found in many types of soils, but its origin is still a little bit unknown. These soils are characterized by high fertility that it is attributed to the physicochemical properties of organic matter, they have well-drained horizons, with texture ranging from sandy frank to silty frank and they have low values of bulk density, aeration conditions, porosity and hydraulic conductivity appropriate to promote water infiltration and facilitate gas exchange. So, this work has aimed to analyze the soil properties and CO2 emission in an area of soil anthropic Terra Preta under cocoa cultivation in Apuí City - AM. It made the mapping of an area of 42 x 88 m TPA cultivated with cocoa. It was marked sampling points in spacing of 6 x 8 m, being made the collection of soil at depths of 0.0-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.20 and 0.20 - 0.30 m. It was determined texture, soil penetration resistance, bulk density, moisture, macroporosity, microporosity, total porosity of the soil, aggregate stability, total organic carbon (TOC), CO2 emission, soil temperature and humidity. The physical attributes of Soil Anthropic Terra Preta present strong spatial dependence, with the exception of soil resistance to penetration depth of 0.20-0.30 and porosity total volume at depths of 20 to 0.30 and 0.10-0.20 that had moderate dependence. The kriging maps of variables indicate that the spatial variation of CO2 emission is mainly influenced by the moisture and density of soil. / As Terras Pretas Arqueológicas podem ser encontradas sob diversos tipos de solos, mas sua origem ainda não está bem esclarecida. Estes solos se caracterizam por sua elevada fertilidade, atribuída às propriedades físico-químicas da matéria orgânica, possui horizontes bem drenados, com textura variando de franca arenosa a franca siltosa e baixos valores de densidade do solo, condições de aeração, porosidade e condutividade hidráulica adequada para promover a infiltração de água e favorecer as trocas gasosas. Assim, o objetivo deste trabalho foi analisar os atributos do solo e emissão de CO2 em uma área de Terra Preta Arqueológica sob cultivo de cacau no município de Apuí, AM. Foi realizado o mapeamento de uma área de 42 x 88 m de TPA cultivada com cacau. Em espaçamentos de 6 x 8 m foram demarcados os pontos amostrais, sendo efetuadas as coletas de solo nas profundidades de 0,0-0,05; 0,05-0,10; 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m. Foi determinado a textura, a resistência do solo à penetração, densidade do solo, umidade, macroporosidade, microporosidade, porosidade total do solo, estabilidade de agregados, carbono orgânico total (COT), emissão de CO2, temperatura e umidade. Os atributos físicos da Terra Preta Arqueológica apresentam dependência espacial forte, com exceção da resistência do solo a penetração na profundidade de 0,20-0,30 e volume total de poros nas profundidades de 0,10-0,20 e 20-0,30 que apresentaram moderada dependência. Os mapas de krigagem das variáveis indicam que a variação espacial da emissão de CO2 está influenciado principalmente pela umidade e densidade dos solo.