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Variabilities of hydraulic and solute transport properties of soil are examined at three scales: pore-scale, sample volume-scale, and field-scale. Undisturbed soil cores were taken at 19 subsites spaced logarithmically along a 150 m line transect in a Groseclose mapping unit near Blacksburg; Virginia. Three core sizes were taken at each subsite at the soil surface and 0.5 m depth. 'Small' cores were-40x54 mm; 'medium' cores were 60X100 mm; and 'large' cores were 100x150 mm. Macropore effects on solute transport were evaluated using monocontinuum and bicontinuum models. Bicontinuum-predicted solute breakthrough curves (BTC) closely agreed with observed BTC data with mean errors of reduced concentrations </- 0.05 for 97% of the samples, Monocontinuum predicted BTC's had comparable fits with 80% of the samples having mean errors </- 0.07. The simpler monocontinuum model was chosen for estimating dispersion coefficients for all samples on the basis that seven percent error in concentration is acceptable for the purpose of making field predictions in light of high spatial variability. Sample volume did not significantly affect the low variation (coefficients of variation, (CV) of 7-20%) soil properties bulk density or moisture retention characteristics in Ap or Bt horizons. Large cores are recommended for assessing high variation (CV of 60-280%) fluid transport parameters, saturated hydraulic conductivity (Ks), pore water velocity and dispersion coefficients (D) since they yielded less variance than the smaller cores. Ranges of about 25 m were determined for log-transformed Ks and D from semivariograms. Monte Carlo simulations were used to predict field-average BTC's. / Master of Science

Yes / In this work, a compression-induced percolation threshold was found when the thickness of polydimethylsiloxane (PDMS) nanocomposite samples was reduced via a spatial confining forced network assembly (SCFNA) process from 1.0 mm to 0.1 mm. Such as for PDMS/2 wt% short carbon fiber/4 wt% carbon nanotube (CNT) composite, its conductivity was more than 8 times enhanced to 487 S/m from 59.5 S/m, and the mechanical properties of composites have been improved by more than 15% accordingly. Comparatively, when increased the concentration of CNT or Gr from 1 to 4 wt%, the electrical conductivity of PDMS nanocomposites at 1 mm thickness was barely changed as it generally reached saturation and became independent of filler loading. Compared with the traditional blending method, it indicates that the SCFNA process can further promote the maximum electrical conductivity of polymer nanocomposites when the filler concentration has little effect on the conductivity. Especially under the condition of relatively high filler concentration, the electrical conductivity enhancement effect becomes more significant that is contrary to the classical percolation theory. Moreover, the mechanical properties of the nanocomposites can be slightly improved by the mechanical compression, which makes it more suitable for flexible electronic devices' applications.

L'objet d'étude de cette thèse est une mesure infinie sur les boucles (lacets) naturellement associée à une large classe de processus de Markov et les processus ponctuels de Poisson d'intensité proportionnelle à cette mesure (paramètre d'intensité alpha>0). Ces processus ponctuels de Poisson portent le nom d'ensembles poissoniens de boucles markoviennes ou de soupes de boucles. La mesure sur les boucles est covariante par un certain nombre de transformations sur les processus de Markov, par exemple le changement de temps.Dans le cadre de soupe de boucles brownienne à l'intérieur d'un sous-domaine ouvert propre simplement connexe de C, il a été montré que les contours extérieurs des amas extérieurs de boucles sont, pour alpha<=1/2, des Conformal Loop Ensembles CLE(kappa), kappa dans (8/3,4]. D'autre part il a été montré pour une large classe de processus de Markov symétriques que lorsque alpha=1/2, le champ d'occupation d'une soupe de boucle (somme des temps passés par les boucles aux dessus des points) est le carré du champ libre gaussien. J'ai étudié d'abord les soupes de boucles associés aux processus de diffusion unidimensionnels, notamment leur champ d'occupation dont les zéros délimitent dans ce cas les amas de boucles. Puis j'ai étudié les soupes de boucles sur graphe discret ainsi que sur graphe métrique (arêtes remplacés par des fils continus). Sur graphe métrique on a d'une part une géométrie non triviale pour les boucles et d'autre part on a comme dans le cas unidimensionnel continu la propriété que les zéros du champ d'occupation délimitent les amas des boucles. En combinant les graphes métriques et l'isomorphisme avec le champ libre gaussien j'ai montré que alpha=1/2 est le paramètre d'intensité critique pour la percolation par soupe de boucles de marche aléatoire sur le demi plan discret Z*N (existence ou non d'un amas infini) et que pour alpha<=1/2 la limite d'échelle des contours extérieurs des amas extérieurs sur Z*N est un CLE(kappa) dans le demi-plan continu. / In this thesis I study an infinite measure on loops naturally associated to a wide range of Markovian processes and the Poisson point processes of intensity proportional to this measure (intensity parameter alpha>0). This Poissson point processes are called Poisson ensembles of Markov loops or loop soups. The measure on loops is covariant with some transformation on Markovian processes, for instance the change of time. In the setting of Brownian loop soups inside a proper open simply connected domain of C it was shown that the outer boundaries of outermost clusters of loops are, for alpha1/2, Conformal Loop Ensembles CLE(kappa), kappa in (8/3,4]. Besides, it was shown for a wide range of symmetric Markovian processes that for alpha=1/2 the occupation field of a loop soup (the sum of times spent by loops over points) is the square of the Gaussian free field. First I studied the loop soups associated to one-dimensional diffusions, and particularly the occupation field and its zeroes that delimit in this case the clusters of loops. Then I studied the loop soups on discrete graphs and metric graphs (edges replaced by continuous lines). On a metric graph on one hand the loops have a non-trivial geometry and on the other hand one has the same property as in the setting of one-dimensional diffusions that the zeroes of the occupation field delimit the clusters of loops. By combing metric graphs and the isomorphism with the Gaussian free field I have shown that alpha=1/2 is the critical parameter for random walk loop soup percolation on the discrete half-plane Z*N (existence or not of an infinite cluster of loops) and that for alpha<= 1/2 the scaling limit of outer boundaries of outermost clusters on Z*N is a CLE(kappa) on the continuum half plane.

De nombreux systèmes complexes soumis à un ajout continu d'énergie réagissent à cet ajout par une accumulation de tension au cours du temps, interrompue par de soudaines libérations d'énergie appelées avalanches. Récemment, il a été remarqué que plusieurs propriétés élémentaires de la dynamique d'avalanche sont issues de processus de relaxation ayant lieu à une échelle microscopique, processus qui sont négligés dans la plupart des modèles. Lors de ma thèse, j'ai étudié deux modèles classiques d'avalanches, modifiés par l'ajout d'une forme de relaxation la plus simple possible. Le premier système est une interface viscoélastique tirée à travers un milieu désordonné. En champ moyen, nous prouvons que l'interface a un comportement périodique caractérisé par une nouvelle échelle temporelle (émergente), avec des avalanches qui touchent l'ensemble du système. Le calcul semi-analytique de la force de friction agissant sur la surface donne des résultats compatibles avec les expériences de friction classique. En dimension finie (2D), les événements touchant l'ensemble du système (trouvés en champ moyen) deviennent localisés, et les simulations numériques donnent des résultats en bon accord avec plusieurs caractéristiques importantes des tremblements de terre, tant qualitativement que quantitativement. Le second système incluant également une forme très simple de relaxation est un modèle jouet d'avalanche : c'est la percolation dirigée. Dans notre étude d'une variante non-markovienne de la percolation dirigée, nous avons observé que la classe d'universalité était modifiée mais seulement partiellement. En particulier, un exposant change de valeur tandis que plusieurs relations d'échelle sont préservées. Cette idée d'une classe d'universalité étendue, obtenue par l'ajout d'une perturbation non-markovienne offre des perspectives prometteuses pour notre premier système. / Many complex systems respond to a continuous input of energy by an accumulation of stress over time, interrupted by sudden energy releases called avalanches. Recently, it has been pointed out that several basic features of avalanche dynamics are induced at the microscopic level by relaxation processes, which are neglected by most models. During my thesis, I studied two well-known models of avalanche dynamics, modified minimally by the inclusion of some forms of relaxation. The first system is that of a viscoelastic interface driven in a disordered medium. In mean-field, we prove that the interface has a periodic behaviour (with a new, emerging time scale), with avalanche events that span the whole system. We compute semi-analytically the friction force acting on this surface, and find that it is compatible with classical friction experiments. In finite dimensions (2D), the mean-field system-sized events become local, and numerical simulations give qualitative and quantitative results in good agreement with several important features of real earthquakes. The second system including a minimal form of relaxation consists in a toy model of avalanches: the Directed Percolation process. In our study of a non-Markovian variant of Directed Percolation, we observed that the universality class was modified but not completely. In particular, in the non-Markov case an exponent changes of value while several scaling relations still hold. This picture of an extended universality class obtained by the addition of a non-Markovian perturbation to the dynamics provides promising prospects for our first system.

Le but de ce travail de thèse consiste à étudier les propriétés physico-chimiques des verres chalcogénures afin de pouvoir les utiliser comme membranes de capteurs chimiques destinés pour le dosage des ions Hg²⁺. Dans un premier temps, les propriétés macroscopiques des systèmes vitreux AgY-As₂S₃ (Y = Br, I), HgS-GeS₂, AgI-HgS-As₂S₃ et AgI-HgS-GeS₂, telles que les densités et les températures caractéristiques (Tg et Tc) ont été mesurées et analysées selon les compositions des verres. Puis, dans un second temps, les propriétés de transport ont été étudiés à l'aide de la spectroscopie d'impédance complexe d'une part, ou d'autre part, par des mesures de la résistivité. Ces dernières montrent que les verres de chalcogénures dopés à l'halogénure d'argent présentent deux différents régimes de transports au-dessus du seuil de percolation xc ≈ 30 ppm : (i) domaine de percolation critique, et (ii) domaine contrôlé par modificateur. Vient ensuite la troisième partie, elle consiste à déchiffrer les relations composition/structure/propriété grâce à plusieurs études structurales. Des mesures par spectroscopie Raman, par diffraction de neutrons et de rayons X haute énergie, par diffusion des neutrons sous petits angles (SANS), ainsi que des modélisations RMC/DFT et AMID ont été réalisées. Enfin, la dernière partie de ce travail était une étude préliminaire des caractéristiques des nouveaux capteurs chimiques. Il a été consacré à l'étude des relations entre la composition et la sensibilité des membranes ainsi qu'aux limites de détection qui les définissent. / The aim of the thesis is to study the physicochemical properties of the silver halide doped chalcogenide glasses for the possibility to use them as chemical sensors for quantitative analysis of Hg²⁺ ions. First, the macroscopic properties of AgY-As₂S₃ (Y = Br, I), HgS-GeS₂, AgI-HgS-As₂S₃ and AgI-HgS-GeS₂ glassy systems such as the densities and the characteristic temperatures (Tg and Tc) were measured and analyzed according to the glass compositions. Second, the transport properties were studied using complex impedance and dc conductivity. Measurements show that the silver halide doped chalcogenide glasses exhibit two drastically different ion transport regimes above the percolation threshold at xc ≈ 30 ppm : (i) critical percolation, and (ii) modifier-controlled regimes. Third, to unveil the composition/structure/property relationships, various structural studies were carried out. Raman spectroscopy, high-energy X-ray diffraction, neutron diffraction and small-angle neutron scattering experiments, together with RMC/DFT and AMID modelling were employed. Finally, the last part was a preliminary study of the characteristics of new chemical sensors. It was devoted to study the relationship between the membranes' composition and sensitivity but also detection limits.