Ge₂Sb₂Te₅ (GST) is an established phase-change material that undergoes fast reversible transitions between amorphous and crystalline states with a high electro-optical contrast, enabling applications in non-volatile optical and electronic memories and optically-switchable structured metamaterials. This work demonstrates that optical anisotropy can be induced and recorded in pure and doped GST thin films using circularly polarised light (CPL), opening up the possibility of controlled induction of anisotropic phase transition in these and related materials for optoelectronic and photonic applications. While the amorphous-to-crystalline phase transition in GST has generally been understood to proceed via a thermal mechanism, significant optical anisotropy (measured by circular dichroism (CD) spectroscopy in this work) strongly suggests that there is an electronic athermal component of the phase change induced by the handedness of circularly polarised nanosecond laser pulses and implies the existence of chiral structures or motifs. Optically active and inactive regions in the films have also been studied using X-ray and electron diffraction and spectroscopic techniques in order to obtain a structural picture that can be correlated to the optical changes observed and the findings offer surprising evidence of the nature of the phase transition. Regions exhibiting higher CD signal intensities were found to be mostly amorphous with elemental phase separation observed within modified surface features. Several mechanisms are proposed for the observed phenomena, including the retention of chiral crystalline fragments in laser- irradiated and melt-quenched amorphous regions, which could explain the results of CD spectroscopy. This may be extended to other material systems and harnessed in potential metamaterials, plasmonics, photonics or chiroptical applications.

Salt addiction on types of food has been happening mainly on the processed food área, particularly on the meat industry. The relation between health and food consumption has been demonstrated by the scientific community. Consumers interested on food composition and on the impacts for health have been the reason for the development of competitive products with healthy properties. The sodium reduction on meat products is one of the many objectives of the meat industry. This paper has had as its objective to search for alternatives that may substitute sodium in Italian Salami that may feature it as a product with reduced sodium, with sensorial approval and without compromising the parameters in the Quality and Identity Rule Code and the microbiological legal ones. The sodium chloride (NaCl) was partially substituted by potassium chloride (KCl) and by combinations of KCl with calcium chloride (CaCl2) and magnesium sulfate (MgSO4). Also, the sodium nitrate (NaNO3) was substituted by potassium nitrate (KNO3) combined with KCl. It has been observed that in all procedures there weren t compromises of neither the technological process, nor the legal physicochemical microbiological parameters. However, all the procedures affected the sensorial quality, which has been evaluated by the attributes color, odor, flavor and texture. Among them the most affected one was flavor, followed by odor. The esthetic analysis of the results has shown that the substitution of 40% of NaCl by KCl, although obtaining inferior sensorial results to the control, has not obtained a significant difference, which levels at 5% related to it, being considered as accepted. The mineral analysis has shown that the 40% reduction of NaCl was enough to match additional nutritional information about sodium reduction and feature the product as having reduced sodium. The healthiness is a tendency and sodium and fat reduction on food are the priorities, soon consumers will have to adapt their taste to these changes, considering the search for health. / A adição de sal nos gêneros alimentícios tem ocorrido principalmente no setor de alimentos processados, em particular na indústria da carne. A relação entre a saúde e o consumo de alimentos tem sido demonstrada pela comunidade científica. Consumidores interessados na composição dos alimentos e no impacto na saúde têm sido a razão para o desenvolvimento de produtos competitivos com propriedades saudáveis. A redução de sódio nos produtos cárneos é um dos muitos focos da indústria da carne. Este trabalho teve como objetivo buscar alternativas de substituições ao sódio em Salame Tipo Italiano que pudessem caracterizá-lo como um produto com sódio reduzido, com aceitabilidade sensorial e sem comprometer os parâmetros previstos no Regulamento de Identidade e Qualidade e os parâmetros legais microbiológicos. O cloreto de sódio (NaCl) foi substituído parcialmente por cloreto de potássio (KCl) e por combinações de KCl com cloreto de cálcio (CaCl2) e com sulfato de magnésio (MgSO4) e ainda o nitrato de sódio (NaNO3) foi substituído por nitrato de potássio (KNO3) combinado ao KCl. Observou-se que em todos os tratamentos não houve comprometimento do processo tecnológico, nem dos parâmetros legais físico-químicos e microbiológicos. Porém, todos os tratamentos afetaram a qualidade sensorial que foi avaliada através dos atributos cor, odor, sabor e textura. Desses o mais afetado foi o sabor, seguido pelo odor. A análise estatística dos resultados demonstrou que a substituição de 40% do NaCl por KCl apesar de obter resultados sensoriais inferiores ao controle não obteve diferença significativa em nível de 5% em relação ao mesmo, podendo ser considerada como aceita. A análise dos minerais demonstrou que a redução de 40% do NaCl foi suficiente para atender informação nutricional complementar sobre a redução de sódio e classificar o produto como tendo sódio reduzido. A saudabilidade é uma tendência e a redução de sódio e de gordura nos alimentos são as prioridades, logo os consumidores terão que adaptar seus paladares a essa alterações considerando a busca pela saúde.

Ecological corridors play a key role in the ecosystem. The fragmentation of these systems often causes environmental destabilization, provoking direct impacts on associated biodiversity. One of the main reasons of fragmentation of such ecological corridors in water resources is the construction of dams that alter the natural water flow regime caused by the diversion of natural flow range thus emerging altered flow passages known as stretch of reduced flow (SRF). Fish that have migratory behavior use these corridors in spawning seasons for ecological succession. Thus, the understanding of this ecological succession is important for the conservation of the species. The Passo São João Hydroeletric Plant (UHE PSJ), constructed in the town of Roque Gonzales - RS by the Ijuí river, possesses a dam of 21 meters, which in the context is considered a potential fragmenting of the natural ecological corridor of the river. The present study aimed at assessing whether the SRF, which is 4 km long and emerged from the installation of this plant, presents any value as breeding or nursery area of the migratory fish. For this, monthly samples were collected in the spawning period between October 2013 and March 2014. In addition, a one-off collection of 24 h was performed in October 2014. Embarked and disembarked surface collections lasting 20 min each were carried out with support from a bongo net measuring 0.5 / 1.3 m x 0.5 mm of mesh. Shortly thereafter, a replica with the same duration and greater depth was conducted. A flow meter was coupled to the network in order to calculate the amount of water filtered. In all sampling points, measurements of pH, water temperature and the ambience, transparency of the water column, depth of collection and dissolved oxygen were taken. After collecting over 13 thousand m³ of filtered water, 25 larvae were registered. One larva of the species Prochilodus lineatus, one Pimelodus maculatus and one Leporinus sp. Still seven individuals classified at the level of order, four Siluriformes and three larvae of order Characiformes. All samples were preserved with formaldehyde 4%. Once the sample success of this study is characterized by periods of peak rainfall occurring in the months of October and November, extreme events such as long periods of rain and high temperatures may probably be directly influencing the reproductive cycle of fish. Given the present results, we can conclude that the SRF has value as a passage and migration area for both upstream and downstream migratory fish and their larvae. However, in view of the great buoyancy of this environment, the abiotic conditions, and the monthly samplings of this study, it was not possible to determine whether the SRF has been serving as a nursery or local for the spawn of the ichthyofauna. / Corredores ecológicos exercem papel fundamental no ecossistema. A fragmentação desses sistemas provoca muitas vezes a desestabilidade ambiental, ocasionando impactos diretos na biodiversidade associada. Uma das principais causas da fragmentação desses corredores ecológicos em recursos hídricos são as construções de barragens, alterando o regime hidrológico natural de escoamento, ocasionado pelo desvio da faixa de vazão natural, surgindo assim, trechos de vazão alterada, conhecidos como alça de vazão reduzida (AVR). Os peixes que possuem comportamento migratório utilizam esses corredores em épocas de piracema para sua sucessão ecológica, desta forma, o entendimento desta sucessão ecológica é importante para a conservação dessas espécies. A Usina Hidrelétrica Passo São João (UHE PSJ), instalada no município de Roque Gonzáles RS, junto ao rio Ijuí, possui uma barragem de 21 metros, sendo assim, considerada neste contexto uma possível fragmentadora do corredor ecológico natural do rio. O presente estudo teve por objetivo avaliar se a AVR, que possui 4 km de extensão e surgiu a partir da instalação dessa usina, apresenta algum valor como área de reprodução ou berçário dos peixes migradores. Para isso foram realizadas coletas mensais no período de piracema, entre outubro de 2013 e março de 2014 e ainda uma coleta pontual de 24h no mês de outubro de 2014. Com auxílio de rede do tipo Bongo de 0,5/1,3 m com malha 0,5 mm, foram realizadas as coletas de superfície embarcadas e não embarcadas com duração de 20 minutos cada, realizando, logo em seguida, uma réplica com mesmo tempo de duração em uma maior profundidade, na qual ainda foi acoplado na boca da rede, fluxômetro para calcular a quantidade de água filtrada. Em todos pontos amostrais, foram realizadas medidas de pH, temperatura da água e do ambiente, transparência da coluna d água, profundidade de coleta e oxigênio dissolvido. Após um esforço de coleta de mais de 13 mil m³ de água filtrada, foram registradas 25 larvas, sendo que destas, 15 não foi possível realizar a identificação. Uma larva da espécie Prochilodus lineatus, uma de Pimelodus maculatus e uma larva de Leporinus sp. Ainda 7 indivíduos classificados a nível de ordem, sendo eles 4 Siluriformes e 3 larvas da ordem Characiformes. Todas as amostras foram conservadas com formol 4%. Tendo em vista que o sucesso amostral deste estudo esteja caracterizado por períodos de pico de chuva ocorridos nos meses de outubro e novembro, ficou evidenciado que os eventos extremos, como grandes períodos de chuvas e temperaturas elevadas, estão influenciando diretamente no ciclo reprodutivo da ictiofauna. Diante dos resultados podemos concluir que a AVR, apresenta valor como área de passagem e migração tanto a montante, quanto a jusante, para os peixes migradores e para as larvas da ictiofauna. Porém, tendo em vista a grande variabilidade deste ambiente quanto às condições abióticas, e o esforço amostral mensal desse estudo, não foi possível definir se a AVR está servindo de berçário ou local de desova para a ictiofauna.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the environmental licensing of hydroelectric plants are prescribed streamflow should be maintained downstream of the dam, but these flows often cannot ensure the maintenance of water quality for the stretch. The aim of this study is to present a robust and expeditious strategy of water quality monitoring. This strategy is developed for supporting the stipulation of flow regime in reduced flow reach (RFR) by dams. The Hydropower plant Passo São João (HPP PSJ) in Rio Ijuí-RS was used as study case. This Hydropower is a power plant without storage capacity presenting a RFR of 4 km. The monitoring for collecting water quality data is made by using a multiparameter probe and laboratory analysis. It is used ten monitoring points along the Rio Ijuí, two of them located in the RFR. Correlations between data obtained with a multiparameter probe and data determined in the laboratory are made to evaluate the application of the probe. Complementing the study, the HPP PSJ is contextualized according to the impact on water quality in the Rio Ijuí, tracing a longitudinal profile of dissolved oxygen (DO) along with the evaluation of the direct contribution by RFR comparison of flows. Moreover, the variability of DO concentrations in sections monitoring RFR is evaluated considering the determinations along the section. Those sections are associated with flow velocity profiles that were determined by the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). The correlations between the curves of monitoring data and curves from the extraction of data - at different frequencies - are developed for determining the optimal monitoring frequency. The comparison between measurements with the probe and measurements in the laboratory are satisfactory, presenting similar values for most parameters. The layout of the longitudinal profile of the DO concentrations demonstrates the strong influence of the HPP PSJ structures in dam downstream DO level, reinforcing the need for a monitoring strategy. However the effect of reducing inflow in the dilution charges has not been noted in view of the minimum incremental area flow. Near riverbank measurements were representative, since the variability of measurements along the section generally was less than 2% on average. Finally the ideal frequency obtained with the correlation curves for different frequencies is four days for both points of RFR. The overall conclusion of this study is to propose a monitoring strategy based on using a multiparameter probe in which the operator formulates the determinations near the riverbank with a monitoring frequency of four days, taking as basis the representative parameter the dissolved oxygen for this case. / Quando do licenciamento ambiental de usinas hidrelétricas, são prescritas vazões a serem mantidas a jusante do barramento, que muitas vezes podem não garantir a manutenção da qualidade da água para o trecho. O objetivo deste estudo foi propor uma estratégia expedita de monitoramento da qualidade da água em suporte a prescrição de regime de vazões remanescentes em trechos de vazão reduzida (TVR) por barramentos. Para tanto foi utilizado como caso de estudo a UHE Passo do São João (UHE PSJ) no Rio Ijuí-RS, que opera a fio d água e possui um TVR de 4 km. Como base do estudo foi feito um monitoramento para levantamento de dados de qualidade da água com a utilização de sonda multiparâmetro e análises em laboratório. Foram utilizados 10 pontos de monitoramento ao longo do Rio Ijuí, sendo 2 deles, os principais no estudo, localizados no TVR. Foram feitas correlações entre os dados obtidos com a sonda multiparâmetro e determinados em laboratórios para avaliação do uso da sonda. Complementando o estudo, foi feita uma contextualização da UHE PSJ no que se refere ao impacto na qualidade da água no Rio Ijuí, traçando um perfil longitudinal de concentração de oxigênio dissolvido (OD), juntamente com a avaliação do aporte direto ao TVR por meio da comparação de vazões. Ainda foi realizada uma avaliação da variabilidade das concentrações de OD nas seções de monitoramento do TVR, com determinações ao longo da seção, associadas aos perfis de velocidade do escoamento determinados com o uso de Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Por fim foram realizadas correlações entre as curvas dos dados do monitoramento e curvas resultantes da extração de dados com diferentes frequências, para a determinação da frequência ideal de monitoramento. A comparação entre as determinações com a sonda e no laboratório foi satisfatória, mostrando valores próximos para a maioria dos parâmetros. O traçado do perfil longitudinal das concentrações de OD mostrou a forte influência das estruturas da UHE PSJ nos níveis de OD a jusante do barramento no TVR, reforçando a demanda por uma estratégia de monitoramento. Porém o efeito da redução das vazões na diluição de cargas não foi notado, tendo em vista a insignificância das vazões da área incremental ao TVR. As medições próximas a margem foram representativas, pois a variabilidade das determinações ao longo da seção em geral foi menor que 2% em relação a média. Por fim a frequência ideal obtida com a correlação das curvas de diferentes frequências foi de 4 dias para os dois pontos do TVR. Como conclusão geral deste estudo, fica a proposição de uma estratégia de monitoramento, baseada na utilização de uma sonda multiparâmetro, onde o operador fará as determinações próximas a margem do rio, com uma frequência de monitoramento de 4 dias, tendo como base um parâmetro representativo, no caso o oxigênio dissolvido.

The research in this thesis is undertaken by observing that modern systems are becoming more and more complex and safety-critical due to the increasing requirements on system smartness and autonomy, and as a result health monitoring system needs to be developed to meet the requirements on system safety and reliability. The state-of-the-art approaches to monitoring system status are model based Fault Diagnosis (FD) systems, which can fuse the advantages of system physical modelling and sensors' characteristics. A number of model based FD approaches have been proposed. The conventional residual based approaches by monitoring system output estimation errors, however, may have certain limitations such as complex diagnosis logic for fault isolation, less sensitiveness to system faults and high computation load. More importantly, little attention has been paid to the problem of fault diagnosis system verification which answers the question that under what condition (i.e., level of uncertainties) a fault diagnosis system is valid. To this end, this thesis investigates the design and verification of fault diagnosis algorithms. It first highlights the differences between two popular FD approaches (i.e., residual based and fault estimation based) through a case study. On this basis, a set of uncertainty estimation algorithms are proposed to generate fault estimates according to different specifications after interpreting the FD problem as an uncertainty estimation problem. Then FD algorithm verification and threshold selection are investigated considering that there are always some mismatches between the real plant and the mathematical model used for FD observer design. Reachability analysis is drawn to evaluate the effect of uncertainties and faults such that it can be quantitatively verified under what condition a FD algorithm is valid. First the proposed fault estimation algorithms in this thesis, on the one hand, extend the existing approaches by pooling the available prior information such that performance can be enhanced, and on the other hand relax the existence condition and reduce the computation load by exploiting the reduced order observer structure. Second, the proposed framework for fault diagnosis system verification bridges the gap between academia and industry since on the one hand a given FD algorithm can be verified under what condition it is effective, and on the other hand different FD algorithms can be compared and selected for different application scenarios. It should be highlighted that although the algorithm design and verification are for fault diagnosis systems, they can also be applied for other systems such as disturbance rejection control system among many others.

Conhecer o comportamento espacial e demográfico e a dinâmica genética das espécies madeireiras e manter uma distância entre as árvores que permita sua reprodução é essencial para o desenvolvimento de procedimentos de manejo que visem a conservação das espécies e garantia de estoques futuros de madeira. No entanto, quando uma área é explorada para fins madeireiros, as árvores remanescentes podem não ficar a uma distância viável a polinização. A legislação brasileira atual limita a exploração de espécies com baixa densidade de ocorrência e define alguns critérios para a escolha das árvores remanescentes, porém, eles levam em consideração apenas o número de indivíduos e não os fatores ecológicos e genéticos das espécies além de serem os mesmos aplicados a toda Amazônia. O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento espacial de três espécies madeireiras, a Manilkara huberi, a Hymenaea courbaril e o Handroanthus serratifolius, em quatro áreas de estudo na Amazônia brasileira a partir de inventários de empresas florestais e verificar a implicação das últimas mudanças ocorridas na legislação no processo de polinização dessas espécies. O trabalho foi dividido em duas partes. A primeira verificou se essas três espécies possuem o mesmo padrão espacial em diferentes regiões da Amazônia e discutiu a questão da raridade presente na legislação. Foi calculada a densidade e a matriz do vizinho mais próximo para todos os indivíduos antes do corte das três espécies em cada área de estudo e as distâncias plotadas em um gráfico quantil-quantil. Os resultados mostraram que a Manilkara huberi é uma espécie que pode ser encontrada em alta ou baixa densidade e em agregados ou não dependendo da região de ocorrência, diferente do Handroanthus serratifolius que apresenta uma densidade e padrão de distribuição semelhante independente da região de ocorrência. A Hymenaea courbaril permeia entre essas duas situações. Notou-se uma semelhança na distribuição das espécies entre as áreas próximas. A segunda parte analisou as consequências da alteração da legislação na distância entre as árvores remanescentes das três espécies e verificou se essa distância era viável para o processo de polinização. Foi simulado o corte a partir de cenários legislativos, em que apenas o diâmetro mínimo de corte (DMC) foi alterado. Os resultados mostraram que houve uma diminuição na distância entre árvores. A diminuição favoreceu o processo de polinização visto que os polinizadores precisam percorrer menores distâncias na busca por alimento. A legislação tem tomado um caminho mais conservativo, porém há muito o que ser desenvolvido, visto que cada espécie possui sua própria ecologia reprodutiva mas são manejadas da mesma forma. / The information about the spatial and demographic behavior and the genetic dynamic of timber species and maintaining a distance between trees that allows their reproduction is essential for the development of management procedures to conserve species and guarantee future wood stocks. However, when an area is harvested for timber purposes, the remaining trees may not stay at a feasible distance for pollination. Current Brazilian legislation limits the exploitation of low-density species and defines some criteria for choosing the remaining trees. However, they take into account only the number of individuals and not the ecology and genetic aspects of the species. Besides, the same criteria are applied to the entire Amazon. The aim of this study was to analyze the spatial behavior of three timber species, Manilkara huberi, Hymenaea courbaril and Handroanthus serratifolius, in four study areas in the Brazilian Amazon Forest. Companies inventories were used to verify the implication of the latest changes in the Brazilian legislation on the pollination process of these species. The study was divided into two parts. The first one verified if these three species have the same spatial pattern in different regions of the Amazon and discussed the rarity issue in the legislation. The density and the nearest neighbor distance matrix were calculated for all individuals before cutting for the three species in each study area and the distances were plotted on a quantile-quantile plot. The results showed that Manilkara huberi can be found in high or low density and aggregated or not depending on the region of occurrence. On the other hand, other than Handroanthus serratifolius populations present similar densities and distribution patterns despite region of occurrence. Hymenaea courbaril permeates between these two situations. The distribution of this species among nearby areas showed similarity. The second part of this work analyzed the consequences of changes in Brazilian forest management legislation on the distance between the remaining trees of the three species and verified whether this distance was feasible for the pollination process. The cutting was simulated based on two legislative scenarios, in which only the minimum cut diameter (MCD) was changed. The results showed that there was a decrease in the distance between trees due to the increase of the density of remaining individuals. The distance decrease favored the pollination process, since pollinators need to travel shorter distances searching for food. Brazilian forest legislation has taken a more conservative path, but there is still much to be developed, since each species has its own reproductive ecology, even so are managed the same way.

Cette thèse aborde différents aspects de la résolution numérique des Equations aux Dérivées Partielles.Le premier chapitre est consacré à l'étude de la méthode Mixed High-Order (MHO). Il s'agit d'une méthode mixte de dernière génération permettant d'obtenir des approximations d'ordre arbitraire sur maillages généraux. Le principal résultat obtenu est l'équivalence entre la méthode MHO et une méthode primale de type Hybrid High-Order (HHO).Dans le deuxième chapitre, nous appliquons la méthode MHO/HHO à des problèmes issus de la mécanique des fluides. Nous considérons d'abord le problème de Stokes, pour lequel nous obtenons une discrétisation d'ordre arbitraire inf-sup stable sur maillages généraux. Des estimations d'erreur optimales en normes d'énergie et L2 sont proposées. Ensuite, nous étudions l'extension au problème d'Oseen, pour lequel on propose une estimation d'erreur en norme d'énergie où on trace explicitement la dépendance du nombre de Péclet local.Dans le troisième chapitre, nous analysons la version hp de la méthode HHO pour le problème de Darcy. Le schéma proposé permet de traiter des maillages généraux ainsi que de faire varier le degré polynomial d'un élément à l'autre. La dépendance de l'anisotropie locale du coefficient de diffusion est tracée explicitement dans l'analyse d'erreur en normes d'énergie et L2.La thèse se clôture par une ouverture sur la réduction de problèmes de diffusion à coefficients variables. L'objectif consiste à comprendre l'impact du choix de la formulation (mixte ou primale) utilisée pour la projection sur l'espace réduit sur la qualité du modèle réduit. / This Ph.D. thesis deals with different aspects of the numerical resolution of Partial Differential Equations.The first chapter focuses on the Mixed High-Order method (MHO). It is a last generation mixed scheme capable of arbitrary order approximations on general meshes. The main result of this chapter is the equivalence between the MHO method and a Hybrid High-Order (HHO) primal method.In the second chapter, we apply the MHO/HHO method to problems in fluid mechanics. We first address the Stokes problem, for which a novel inf-sup stable, arbitrary-order discretization on general meshes is obtained. Optimal error estimates in both energy- and L2-norms are proved. Next, an extension to the Oseen problem is considered, for which we prove an error estimate in the energy norm where the dependence on the local Péclet number is explicitly tracked.In the third chapter, we analyse a hp version of the HHO method applied to the Darcy problem. The resulting scheme enables the use of general meshes, as well as varying polynomial orders on each face.The dependence with respect to the local anisotropy of the diffusion coefficient is explicitly tracked in both the energy- and L2-norms error estimates.In the fourth and last chapter, we address a perspective topic linked to model order reduction of diffusion problems with a parametric dependence. Our goal is in this case to understand the impact of the choice of the variational formulation (primal or mixed) used for the projection on the reduced space on the quality of the reduced model.

L'assimilation de données pour les géosciences est une discipline cherchant à améliorer notre connaissance d'un système physique en se basant sur l'information issue de modèles numériques simulant ce système et sur l'information issue des mesures observant ce système. Les méthodes d'assimilation de données traditionnellement utilisées (e.g. le 4DVar ou les filtres de Kalman d'ensemble) reposent sur des hypothèses de Gaussianité des probabilités en jeu et de linéarité des modèles. Avec la complexification des modèles et des réseaux d'observations, ces hypothèses sont de plus en plus injustifiées et donc pénalisantes. Cette complexification est particulièrement forte en océanographie couplée à la biogéochimie marine.Les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'apparition des non-Gaussianités dans un problème d'estimation, d'envisager une méthode d'assimilation de données adaptée aux problèmes fortement non-Gaussiens et, dans le cadre du couplage de la dynamique océanique et de la biogéochimie marine, d'explorer la pertinence de l'utilisation de méthodes non-Gaussiennes.Dans un premier temps, une étude méthodologique est conduite. Cette étude, appuyé par des illustrations avec le modèle de Lorenz à trois variables, permet de mettre en évidence les limitations des méthodes traditionnellement utilisées, face à des problèmes non-Gaussiens. Cette étude aboutit sur le développement d'un filtre d'assimilation de données d'ensemble entièrement non-Gaussien : le Multivariate Rank Histogram Filter (MRHF).Il est montré que le MRHF est performant dans des régimes fortement non-Gaussiens (notamment dans un régime bimodal) pour un nombre de membres relativement faible.Dans un second temps, une étude numérique est conduite. Cette étude est réalisée aux travers d'expériences jumelles basées sur un modèle vertical 1D, ModECOGeL, couplant la dynamique et la biogéochimie en mer Ligure. Nous simulons différents réseaux d'observations combinant des profils in situ et des données satellites. Plusieurs méthodes d'assimilation sont alors comparées à l'aide de diagnostics d'évaluation d'ensemble avancés.Nos expériences montrent l'impact du réseau d'observations et des variables de contrôle, sur le degré de non-Gaussianité d'un problème d'estimation. Le contrôle de la partie dynamique du modèle par des observations de la dynamique à différentes fréquences est un problème quasi-Gaussien, qu'un filtre aux moindres carrés, tel l'Ensemble Transform Kalman Filter, résout bien. En revanche pour ces mêmes observations, le contrôle de la biogéochimie s'avère être un problème non-Gaussien et nécessite l'utilisation d'un filtre non-Gaussien.Enfin, il est montré que l'assimilation de la couleur de l'eau, pour le contrôle mixte de la dynamique et de la biogéochimie, est améliorée par des méthodes adaptées aux non-Gaussianités, tel l'Ensemble Kalman Filter anamorphosé. De plus, l'augmentation de la fréquence d'observation de la couleur de l'eau rend incontournable l'utilisation de filtres fondamentalement non-Gaussiens comme le MRHF. / Data assimilation for Geosciences is a discipline seeking to improve our knowledge of a physical system based on the information from numerical models simulating this system and the information from the measures observing this system. The data assimilation methods traditionally used (eg the 4DVAR or the ensemble Kalman filters) are based on assumptions of Gaussianity of the probabilities involved and linearity of the models. With the increasing complexity of models and observation networks, these assumptions are increasingly unjustified and therefore penalizing. This complexity is particularly strong in oceanography coupled with marine biogeochemistry.The objectives of this thesis are to understand the appearance of non Gaussianity in an estimation problem, to think out a data assimilation method adapted to highly non Gaussian problems and, in the coupling of ocean dynamics and marine biogeochemistry, to explore the relevance of the use of non Gaussian methods.At first, a methodological study is conducted. This study, supported by illustrations with the three variable Lorenz model, allows to highlight the limitations of traditional methods when facing non Gaussian problems. This study led to the development of a fully non Gaussian data assimilation filter : the Multivariate Rank Histogram Filter (MRHF).It is shown that the MRHF is efficient in highly non Gaussian regimes (including in a bimodal regime) for a relatively small number of members.Secondly, a numerical study is conducted. This study is conducted with twin experiments based on a 1D vertical model, ModECOGeL, coupling dynamics and biogeochemistry in the Ligurian Sea. We simulate different observation networks combining in situ profiles and satellite data. Several data assimilation methods are then compared using advanced ensemble evaluation diagnoses.Our experiments show the impact of observation networks and controled variables on the degree of non Gaussianity in an estimation problem. The control of the dynamic part of the model by observations of the dynamics at different frequencies is a quasi Gaussian problem, which a least squared filter such as the Ensemble Transform Kalman Filter solves well. In contrast, for the same observations, the control of biogeochemistry proves to be a non Gaussian problem and requires the use of a non Gaussian filter. Finally, it is shown that assimilation of ocean color data, for the joint control of the dynamic and the biogeochemistry, is improved by methods adapted for non Gaussianities such as the Anamorphosed Ensemble Kalman Filter. In addition, increasing the ocean color observation frequency makes unavoidable the use of fundamentally non Gaussian filters such as the MRHF.

Potato is cultivated in subtropical, during spring and autumn, and temperate conditions, during summer, of the Southern area of Brazil. These different growing conditions affect tuber yield and processing quality. The objectives of this work were to select potato clones with high tuber yield and processing quality and adapted to subtropical and temperate growing conditions; and to develop a breeding strategy to early identify superior clones. We made crosses to develop and early select clones adapted to two growing seasons. Advanced clones were selected for adaptation to subtropical and temperate conditions of the Southern region of Brazil. Yield per hill, tuber appearance, chip color and dry matter and reduced sugar content were evaluated in all experiments. The experiments were a factorial (clones x seasons) in a complete random design, with two or three replications. The highest yield per hill was gotten during summer season of template conditions. Tuber appearance was not affected by season and site growing conditions. The unfavorable conditions of autumn resulted in dark chip color and high content of reduced sugars. Dry matter content varies among environments, but the lowest content was during autumn season. High genetic variability was gotten for all evaluated traits, which enable to select clones better than the check varieties. The first clonal selection should be done during summer season to identify potential clones adapted to subtropical and temperate conditions. Autumn growing conditions are not favorable to high yield and quality and increase dormancy period of the tubers, but this kind of environment is necessary to select clones adapted to two seasons. The clones SJSM01274-4, SJSM01212-2, SJSM00211-3, SJSM99159-8 and SJSM03478-37 have high yield and processing quality in both subtropical and temperate conditions of the Southern area of Brazil. / Na região Sul do Brasil, a batata é cultivada em condições subtropical, durante a primavera e outono, e temperada, durante o verão, que afetam a produtividade e a qualidade para processamento industrial. Os objetivos deste trabalho foram selecionar clones de batata com alta produtividade e qualidade para processamento e adaptados às condições subtropical e temperada de cultivo e desenvolver uma estratégia de melhoramento para a identificação precoce de clones superiores. Foram realizados cruzamentos e efetuada a seleção precoce de clones adaptados para dois cultivos anuais e clones avançados foram selecionados para ampla adaptação à condições subtropical e temperada de cultivo da região Sul do Brasil. A produtividade por cova, a aparência dos tubérculos, a cor de chips e os teores de massa seca e açúcares redutores foram avaliados nos diferentes experimentos. Os experimentos foram conduzidos em um fatorial (clones x épocas de cultivo) em blocos ao acaso, com duas ou três repetições. A produtividade por cova foi mais elevada no cultivo de verão, em condição temperada de cultivo. A aparência dos tubérculos foi similar entre as épocas e locais de cultivo. A cor de chips e o teor de açúcares redutores foram inferiores no cultivo de outono, pela condição menos favorável. O teor de massa seca foi variável entre os ambientes, com menores teores no cultivo de outono. Para todos os caracteres avaliados houve alta variabilidade genética, que possibilitou a seleção de clones superiores à melhor testemunha. A primeira geração de seleção realizada no cultivo de verão possibilita a identificação precoce de clones, com potencial de adaptação para as condições subtropical e temperada. As condições de cultivo de outono são menos favoráveis para a produtividade e qualidade e prolongam o período de dormência dos tubérculos, porém esse ambiente é necessário para a seleção de clones para dois cultivos anuais. Os clones SJSM01274-4, SJSM01212-2, SJSM00211-3, SJSM99159-8 e SJSM03478-37 reúnem, de forma equilibrada, os caracteres de produtividade e qualidade de processamento industrial para as condições subtropicais e temperadas de cultivo do Sul do Brasil.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Soil water availability is one of the major factors affecting the success or failure of an agricultural crop. Stresses caused by water deficit or surplus are harmful to the growth and sunflower yield. Plant growth pattern is changed and the yield is reduced with the growth of the intensity corresponding to stress. The main aims of this study were to evaluate the grain yield and quality of sunflower oil, root growth, deepening and distribution of roots in the soil, growth of shoot and roots in dry matter and modeling of sunflower plant growth, in response to stress caused by water surplus and water deficit in two sowing dates and two soils of Rio Grande do Sul. The experiments were carried out at early sowing date (sowing in early September) and late sowing date (sowing in early January), in two soils in the municipalities of Santa Maria (Ultisol) and Panambi (Oxisol). Three treatments of water availability were applied: water deficit (maintaining soil moisture between 40 and 60% of the available water capacity (AWC)), water surplus (maintained between 90% of AWC and the determine saturation point) and control (maintained between 75 and 100% of the AWC). To determine the water condition of the soil along the cycle was held daily sequential water balance. The water inlet by rain in the treatment of water deficit was controlled. The analyzed variables were yield and yield components, oil content and oil yield, fatty acid profile, root depth, root distribution, dry matter of different plant parts, in addition to intrinsic variables of growth analysis. Modeling of the root depth and sunflower growth in dry matter was held of different plant parts. The drought level applied was more harmful than the level of water surplus applied, with significant reduction in yield, yield components and sunflower growth. Sowing date had influence on yield, where the early sowing date produced more than late sowing date. Soil had great influence on the root deepening which was higher in Ultisol compared to Oxisol, which impacted the yield gap under water deficit. Water deficit was responsible for increased Oleic Acid and reduction of Linoleic Acid. The sowing at early sowing date enables deepening and increased dry matter production of roots than sowing at late sowing date. Sunflower growth models in dry matter and root depth had good fit to the measured data. In this way, it is concluded that soil water availability and sowing dates influences the yield and quality of sunflower and should be taken measures to mitigate the problems caused. / A disponibilidade hídrica do solo é um dos principais fatores responsáveis pelo sucesso ou insucesso de um cultivo agrícola. A ocorrência de estresses causados por déficit ou por excesso hídrico é prejudicial ao crescimento e à produtividade do girassol. O padrão de crescimento das plantas é alterado e a produtividade é reduzida com o aumento da intensidade correspondente ao estresse. Os principais objetivos deste trabalho foram avaliar a produtividade de grãos e de óleo e a qualidade do óleo do girassol, o crescimento, aprofundamento e distribuição de raízes no solo, o crescimento da parte aérea e raiz em matéria seca e a modelagem do crescimento de plantas de girassol, em resposta ao estresse causado por excesso e déficit hídrico, em duas épocas de semeadura e dois solos do Rio Grande do Sul. Os experimentos foram realizados na Safra (semeadura em início de setembro) e na Safrinha (semeadura em início de janeiro), em dois solos nos municípios de Santa Maria (Argissolo) e Panambi (Latossolo). Foram aplicados três tratamentos de disponibilidade hídrica: déficit hídrico (mantendo-se a umidade do solo entre 40 e 60% da capacidade de armazenamento de água disponível (CAD)), excesso hídrico (mantido entre 90% da CAD e o ponto de saturação determinado) e controle (mantido entre 75 e 100% da CAD). Para determinar a condição hídrica do solo ao longo do ciclo, realizou-se o balanço hídrico sequencial diário. A entrada de água por chuva no tratamento de déficit hídrico foi controlada. As variáveis analisadas foram a produtividade, os componentes da produtividade, o teor e o rendimento de óleo, o perfil de ácidos graxos, a profundidade radicular, a distribuição radicular, a matéria seca das diferentes partes da planta, além das variáveis intrínsecas a análise de crescimento. Foi realizada a modelagem do aprofundamento radicular e do crescimento do girassol em matéria seca das diferentes partes da planta. Verificou-se que o nível de déficit hídrico aplicado foi mais prejudicial do que o nível de excesso hídrico aplicado, com redução significativa da produtividade, dos componentes da produtividade e do crescimento do girassol. A época de semeadura teve influencia sobre a produtividade, em que a Safra produziu mais do que a Safrinha. O solo teve grande influencia sobre o aprofundamento radicular que foi maior no Argissolo em comparação ao Latossolo, o que impactou na diferença de produtividade. O déficit hídrico foi responsável pelo aumento do Ácido Oleico e pela redução do Ácido Linoleico. A semeadura na Safra possibilita um maior aprofundamento e maior produção de massa seca de raízes do que a semeadura da Safrinha. Os modelos de crescimento do girassol em matéria seca e em profundidade radicular apresentaram bom ajuste aos dados medidos. Dessa forma, conclui-se que a disponibilidade hídrica do solo e a época de semeadura influenciam na produtividade e na qualidade do girassol e se devem tomar medidas para mitigar os problemas causados.