Este trabalho relata resultados de estudos sobre drenagem de camadas próximas à superfície que visam contribuir para aperfeiçoar o entendimento de comportamento da fase não saturada de solos, e disseminar o uso de elementos finitos para estudo de movimento de água em componentes que constituem a plataforma de vias. Descreveram-se e comentaram-se tópicos sobre as relações entre o formato de vias e a drenagem na estrutura de vias, processos para estimativas de vazões percoladas e infiltradas em solos por métodos simplificados, tópicos sobre a evolução do estudo de movimento de água e estimativa de medidas sobre propriedades de solos não saturados. Para estudo de caso se adotou a simulação com elementos de volume de sólido e método dos elementos finitos para com dados publicados sobre propriedades de solo arenoso ou argiloso obter dados para testes estatísticos que ressaltassem as diferenças entre as vazões estimadas com uso da condutividade hidráulica constante e de solo saturado, e a condutividade que incluísse o solo não saturado. Os dados usados foram obtidos por simulação, que estimou vazões percoladas e infiltradas, que foram submetidos a teste de hipóteses sobre diferenças de médias. O objetivo proposto foi atingido discutindo resultados de análise sobre a significância estatística de diferenças entre vazões percoladas. / This work reports the conclusions of studies on draining water from surface layers of a way structure that aim to contribute to the knowledge on the behavior of non saturated ground, and to spread the use of the finite element technique for studies on the water movement inside components that constitute these platforms. It was discussed: an introduction on highways in Brazil, topics that had motivated the studies, methods and processes for treatment of the non saturated phase of the water movement. It was described and commented topics on the relations between the format of ways and the draining in their structure, processes to estimate the percolation and infiltration outflows using simplified methods, topics on the evolution of the study movement of water and estimating measures on non saturated ground properties. For case study it was adopted the simulation using elements of solid volume and the finite element technique obtained from bibliographical data on saturated and non saturated sand and clay properties, including the hydraulic conductivity. The tested data had been gotten by simulation, and had been submitted to the test of hypotheses on differences of percolated water volumes. The main objective was reached discussing statistical results on the significance of the differences among percolated volume of water.

Neste trabalho, estudamos modelos para crescimento de superfície. Mais especificamente, trabalhamos com um modelo que respeita a condicão RSOS e outro modelo que apresenta uma transicão de rugosidade da classe de universalidade da percolacão direcionada. Obtivemos resultados com aproximacão de campo médio e simulacão. / In this work we studied models for surface growth. More specifically, we worked with a model that presents the RSOS restriction and another one that displays a depinning transition in the direct percolation universality class. We obtained results using mean field approximation and simulation methods.

ii ABSTRACT Percolation phenomena involving the electrical conductivity, dielectric constant, Hall coefficient, magnetoconductivity, relative magnetoresistivity, 1/ f noise and thermoelectric power are investigated in graphite (G) and hexagonal boron-nitride (BN) powder mixtures. Two kinds of systems are used in the experiments: highly compressed discs and parallelepipeds, cut from these discs, as well as 50%G-50%BN and 55%G-45%BN powder mixtures undergoing compression. The measured DC conductivities follow the power-laws 0"( <p, 0) ex: (<p-<Pc)t (<p > <Pc) and O"(<p, 0) ex: (<Pc-<Pti (<p < <Pc), and the low frequency (lOOHz & 1000Hz) dielectric constant varies as c( <p, W ~ 0) ex: (<Pc - <P )-S( <P < <Pc), where <Pc is the percolation threshold, t and s are the conductivity exponents, and s is the dielectric exponent. Near the percolation threshold and at high frequencies, the AC conductivity varies with frequency as 0"( <p, w) ex: WX and the AC dielectric constant varies as c( <p, w) ex: w-Y, where the exponents x and y satisfy the scaling relation x + y = 1. The crossover frequency We scales with DC conductivity as Wc ex: O"q( <p, 0) (<p > <Pc), while on the insulating side, Wc ~ 1, resulting in q ~O for the three G-BN systems. The loss tangent tan t5( <p, w) (<p < <Pc) is found to have a global minimum, in contrary to the results of computer simulations. The Hall constant could not be measured using existing instrumentation. The measured magnetoconductivity and relative magnetoresistivity follow the power-laws - 6. 0" ex: (<p - <Pc)3.08 and 6.R/ R ex: (<p - <Pc)O.28 respectively. These two exponents, iii 3.08 and 0.28, are not in agreement with theory. The 1/ f noise was measured for the conducting discs and parallelepipeds. The normalized 1/ f noise power varies as Sv I V2 ex RW with the exponents w = 1.47 and 1.72 for the disc and parallelepiped samples respectively. Furthermore, the normalized noise power near the percolation threshold is, for the first time, observed to vary inversely with the square-root of sample volume. Based on the Milgrom-Shtrikman-Bergman-Levy (MSBL) formula, thermoelectric power of a binary composite is shown to be a linear function of the WiedemanFranz ratio. A scaling scheme for the Wiedeman-Franz ratio for percolation systems is proposed, which yields power-law behavior for the thermoelectric power. The proposed power-laws for the thermoelectric power can be written as (Sm - Md ex (<p - <Pc)h 1 for <P > <Pc and as (Sm - /~1d ex (<Pc - <p)-h2 for <p < <Pc, where Sm is the thermoelectric power for the composites, Afl is a constant for a given percolation system, and hI and h2 are the two critical exponents. The experimental thermoelectric power data for the G-BN conducting parallelepipeds was fitted to the above powerlaw for <p > <Pc. A least squares fit yielded the exponent hI = -1.13 and parameter MI =9.511l V I I< respectively.

Tendo em vista o fato de que o sistema radicular das culturas modifica as propriedades do solo ao seu entorno e da praticamente ausência de trabalhos científicos para avaliação das diferenças estruturais entre solo e rizosfera, o objetivo deste estudo foi aprofundar o conhecimento destas diferenças, avaliando a agregação do solo junto às raízes e fora da sua influência, em diferentes rotações culturais. A amostragem foi realizada na camada superficial do solo (0,00 - 0,05 m) em cada sistema de rotação, considerando como rizosfera o solo aderido às raízes e como solo sem influência das raízes, aquele não aderido a elas. Para avaliar a estabilidade estrutural do solo, foram feitas as análises da argila prontamente dispersa em água, da argila mecanicamente dispersa em água e da estabilidade de percolação. As análises granulométrica e química também foram realizadas. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e, quando significativo, ao teste de médias Tukey (p<=0,05). Posteriormente, foram feitas correlações entre os atributos físicos utilizados como indicadores da estabilidade dos agregados e os demais atributos avaliados. A rizosfera apresentou agregados mais estáveis em água do que o solo fora dela, sendo a argila mecanicamente dispersa em água o indicador mais sensível na detecção desse resultado. Foi evidênciado que o sistema radicular de diferentes culturas influenciaram de forma diferente a agregação das partículas do solo. As correlações mais significativas foram para a argila mecanicamente dispersa em água. / Considering the fact that the crops root system modifies the soil properties around it and in the almost absence of scientific works to evaluate the structural differences between soil and rhizosphere, the objective of this study was to increase the knowledge of these differences by evaluating soil aggregation close to the root and out of its influence, at different crop rotations. Sampling was performed in the soil surface layer (0.00 - 0.05 m) in each rotation system, considering as rhizosphere the soil adhered to the roots and as soil without influence of the roots, that not adhered to them. To evaluate the structural stability of the soil, analyzes of clay readily and mechanically dispersed in water and of the percolation stability were made. The granulometric and chemical analyzes were also made. Data obtained were analysed by the analysis of variance and, when significant, by Tukey test (p<=0.05). Then, the correlations were made between the physical attributes used as indicators of the aggregates stability and the other attributes evaluated. Rhizosphere presented more stable aggregates in water than the soil outside it, being the mechanically clay dispersed in water the most sensitive indicator in the detection of this outcome. It was evidenced that the root system of different crops influenced of different way the soil particles aggregation. The more significant correlations were those for clay mechanically dispersed in water.

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Seepage is an important component of the water budget in closed basins that do not have surface water drainage features. In the shallow water table environment of Florida, internal drainage of soil controls flooding. With the recent rapid population growth and urban development in the state, a simple, field-based method is needed to estimate seepage rates. In this study five locations in Hillsborough County, Florida, were instrumented with wells with pressure transducers measuring water level fluctuations at 1 minute resolution. For closed basins with lakes, evaporation (E) rates were determined using data from a weather station and Penman-Monteith FAO56 method, and then seepage rates were calculated from a water budget. Seepage rates varied greatly depending on conditions specific to the site. The seepage rates found for the three surface water sites in this study were 1.1 cm/d for a retention pond surrounded with dense vegetation, 0.5-0.8 cm/d for a natural lake located close to a groundwater pumping site, and 0.4 cm/d for another natural lake with no groundwater pumping in the proximity. Two methods to estimate seepage rates into semi-confined aquifers were compared: (a) mass balance approach and (b) Darcy's equation. At one of the sites the rate was 0.1 cm/d, and at the other site (sinkhole) it ranged between 0.8 cm/d during the wet season and 0.2 cm/d during the dry season when the head difference between the surficial and Floridan aquifers became smaller. The results of the study indicate that simple and relatively inexpensive field methods can estimate seepage within a narrow range and give reasonable seepage predictions that can be used in flood modeling. The obtained values indicate that seepage does not provide adequate drainage relief in closed basins. Another important finding is the magnitude of the local recharge to the Floridan aquifer. Further sensitivity studies on hydrological models that use seepage as one of the inputs may indicate that lower data collection resolution or simpler ET estimation methods are acceptable.

Afin de minimiser la concentration en CO2 dans l'atmosphère une solution consiste à le séquestrer dans les réservoirs géologiques. Pour évaluer les risques à long terme, il est nécessaire de quantifier les couplages entre les processus réactionnels et les modifications structurales et hydrodynamiques. Dans cette optique, nous avons construit deux dispositifs expérimentaux permettant d'injecter des saumures chargées en CO2 dans les conditions de stockage (T < 200 °C et P < 200 bar) et mis en oeuvre un protocole expérimental utilisant la microtomographie RX et l'analyse des roches et des fuides pour quantifier les variations des paramètres physiques et chimiques. Dans le cas des réservoirs carbonatés, on observe, près du puits d'injection, une forte variabilité des relations k-phi en fonction du régime de dissolution contrôlé par la chimie locale du fluide, ainsi que par les conditions initiales. A plus grande distance, on observe des processus de précipitation diminuant fortement la perméabilité. L'étude des roches de couverture fracturées (argilite) a montré qu'une percolation alternée d'une saumure chargée en CO2 et de CO2 gaz augmentait la perméabilité de fracture. Dans le cas des roches silicatées, la précipitation de carbonates est mise en évidence aussi bien dans les grès à zéolites que dans les frittés de dunite de San Carlos. Cependant, dans les grès à zéolites, la précipitation d'une phase argileuse est observée dans les chemins d'écoulement et engendre une forte diminution de la perméabilité.

Les fluides et systèmes complexes constituent une classe de "matériaux" au sens large dont l'originalité des propriétés statiques et dynamiques résulte à la fois de la structure chimique des particules élémentaires qui les constituent et de leur organisation dans l'espace en particulier aux échelles mésoscopiques. Ces systèmes sont souvent le lieu de phénomènes d'agrégation, de gélification et/ou de séparation de phase dus aux interactions entre les entités constituantes. Les structures complexes ainsi formées peuvent s'étendre sur des échelles allant du nanomètre au macroscopique et sont parfois transitoires ou réversibles ce qui génère l'apparition de propriétés rhéologiques remarquables.<br />Si les systèmes présentent une grande diversité au niveau des interactions responsables des structures et au niveau de leur énergie (polymères associatifs, systèmes hétérogènes nanophasés, mélanges de colloïdes et de polymères, gels chimiques et physiques, biopolymères), au-delà des spécificités propres à chaque système nous sommes particulièrement intéressés par la recherche de lois de comportements "universelles" résultant de l'organisation spatiale des structures.<br />L'objectif de cette thèse est de comprendre la formation de ces structures et leur façon de remplir l'espace par modélisation des processus à l'aide de la simulation numérique. Le modèle numérique est base sur un système de sphères dures hors réseau qui modélise par exemple un ensemble de micelles sphériques en interaction (attraction, répulsion).<br />La première étape consiste à distribuer les sphères dures dans une boite cubique puis à les animer d'un mouvement brownien afin d'aboutir à un système parfaitement bien équilibré. L'introduction de paramètres décrivant la portée et l'intensité des forces attractives entre les sphères permet une étude "statique" de la transition sol-gel.<br />Les phénomènes d'agrégation irréversible limitée par la diffusion (DLCA) conduisent à des structures fractales qui sont modélisées par l'intermédiaire d'une probabilité de collage entre amas égale à 1 (deux amas qui se rencontrent se collent toujours de façon irréversible). Les résultats obtenus, temps de gel, dimension fractale sont analysés et comparés avec d'autres modèles, notamment sur réseau. La modélisation hors réseau permet une étude à toutes les échelles spatiales (y compris locales).<br />Une autre partie de ce travail a porté sur l'étude des phénomènes d'agrégation réversible. La ligne de percolation de notre modèle est comparée à celle obtenue dans l'approximation de Percus-Yevick avec les relations de fermeture de Ornstein-Zernike. La séparation de phase est clairement observée dans une certaine gamme d'interaction (distance et force) et comparée par l'intermédiaire du paramètre d'adhésivité (tau^-1) aux résultats expérimentaux et théoriques.

Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux problèmes spécifiques de chaos quantique. D'abord, nous avons confirmé le modèle de percolation critique pour décrire statistiquement les lignes nodales des fonctions d'onde de systèmes classiquement chaotiques. Dans ce but, les lignes ont été décrites à l'aide d'un processus de Schramm-Loewner et notre étude numérique concorde avec le récent théorème liant ce processus et la percolation au seuil critique. Dans une seconde partie nous avons généralisé les résultats connus en chaos quantique sur les billards fermés aux cavités diélectriques ouvertes. Nous avons donné des formules générales pour une légère pertubation d'une cavité circulaire et proposé une généralisation de formule de trace pour ces systèmes. En particulier nous donnons les premiers termes de la série de Weyl pour compter le nombre de résonances d'une cavité diélectrique. Ces résultats sont en accord avec les mesures expérimentales et nos calculs numériques. Ces deux études montrent le caractère fondamental et transversal des techniques du chaos quantique pour les problèmes actuels.

Cette thèse est consacrée à différents modèles de marches aléatoires en milieux aléatoires; elle est constituée de $5$ chapitres. Les chapitres $1$ et $4$ sont essentiellement bibliographiques, ils couvrent une partie de la littérature consacrée au modèle i.i.d ainsi qu'à différents modèles où l'environnement est construit à partir d'une percolation. Dans le chapitre $2$ nous étudions la classe des marches admettant une direction asymptotique dans le cas du modèle i.i.d., c'est-à-dire tel que $X_n/|X_n|$ ait une limite deterministe sous la loi annealed. Nous établissons notamment qu'une marche admet une direction asymptotique si et seulement si elle est transiente dans toute les directions d'un ouvert non vide de $\mathbb{R}^d$. Dans le chapitre $3$, nous étudions un modèle de marches en temps continu en milieux aléatoires. Les différents résultats de cette partie décrivent l'impact du couplage entre les transitions et les taux de saut sur la vitesse de la marche. Le chapitre $5$ est consacré à un modèle de marche ralentie par les clusters d'une percolation sous-critique dans $\mathbb{Z}^d$. Nous montrons que, selon la force du ralentissement, la marche se place dans un régime sous-diffusif ou diffusif.