The focus of the proposed research will be on exploring the use of nanotechnology-based nano-filaments, such as carbon nanotubes (CNTs) and nanofibers (CNFs), as reinforcement in improving the mechanical properties of portland cement paste as a construction material. Due to their ultra-high strength and very high aspect ratios, CNTs and CNFs have been used as excellent reinforcements in enhancing the physical and mechanical properties of polymer, metallic, and ceramic composites. Very little attention has been devoted on exploring the use of nano-filaments in the transportation industry. Therefore, this study aims to bridge the gap between nano-filaments and transportation materials. This will be achieved by testing the integration of CNTs and CNFs in ordinary portland cement paste through state-of-the-art techniques. Different mixes in fixed proportions (e.g. water-to-cement ratio, air content, admixtures) along with varying concentrations of CNTs or CNFs will be prepared. Different techniques commonly used for other materials (like polymers) will be used in achieving uniform dispersion of nano-filaments in the cement paste matrix and strong nano-filaments/cement bonding. Small-scale specimens will be prepared for mechanical testing in order to measure the modified mechanical properties as a function of nano-filaments concentration, type, and distribution. With 0.1 percent CNFs, the ultimate strain capacity increased by 142 percent, the flexural strength increased by 79 percent, and the fracture toughness increased by 242 percent. Furthermore, a scanning electron microscope (SEM) is used to discern the difference between crack bridging and fiber pullout. Test results show that the strength, ductility, and fracture toughness can be improved with the addition of low concentrations of either CNTs or CNFs.

An experimental activity was performed to observe and study the effects of graphite dispersion and deposition on thermal hydraulic phenomena in a Reactor Cavity Cooling System (RCCS). The small scale RCCS experimental facility (16.5cm x 16.5cm x 30.4cm) used for this activity represents half of the reactor cavity with an electrically heated vessel. Water flowing through five vertical pipes removes the heat produced in the vessel and releases it in the environment by mixing with cold water in a large tank. PIV technique was used to study the velocity field of the air inside the cavity. A set of 52 thermocouples was installed in the facility to monitor the temperature profiles of the vessel and pipes walls and air. 10g of a fine graphite powder (particle size average 2 [mu]m) were injected into the cavity through a spraying nozzle placed at the bottom of the vessel. Temperatures and air velocity field were recorded and compared with the measurements obtained before the graphite dispersion, showing a decrease of the temperature surfaces which was related to an increase in their emissivity. The results contribute to the understanding of the RCCS capability in case of an accident scenario.

Calmfors and Driffill in 1988 argued that there is a humpshaped relation between the degree of centralisation in wage bargaining structures within an economy and unemployment. They collected aggregate economic data from 17 different OECD economies and ranked them according to their relative degree of centralisation to prove their model. The model was further developed by Rowthorn who in 1992, using individual data from the same countries, concluded that there is a negative linear relationship between the degree of centralisation in wage bargaining structures and wage dispersion. During the past two decades the Russian economy, as well as the Russian trade union movement, has transformed greatly. Membership rates in trade unions have fallen and bargaining leverage of trade unions vis-á-vis employers has decreased. Using data from ten sectors within the Russian economy (collected in interviews with trade union representatives in Moscow, June 2006) this essay questions whether the theoretical assumptions above hold in the Russian context. By ranking the sectors according to their relative degree of centralisation in wage bargaining structures and using these rankings as explanatory variables in econometric analyses with unemployment rates and wage dispersion rates as dependent variables, this essay finds little proof that the theoretical framework of Calmfors and Driffill holds within the Russian economy. However, Rowthorn’s model of centralisation and wage dispersion seems to be more valid.

Lanthanide-encoded polystyrene-co-methacrylic acid (P(S-MAA)) microspheres with narrow size distributions were synthesized by two-stage dispersion polymerization. I examined how the amounts of methacrylic acid (MAA) and lanthanide (Ln) salts affect the composition of the particles formed in the reaction. Also, I performed a systematic study of Ln ion release into different aqueous solutions. In normal buffers, these particles were stable against ion leakage, even upon prolonged storage and stirring. When strong chelating agent ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) were present in buffer, the loss of Ln ions increased to 15 % after 8 weeks. A preliminary kinetic study of Ln ion incorporation was performed to help understand the particle formation mechanism.

Lanthanide-encoded polystyrene-co-methacrylic acid (P(S-MAA)) microspheres with narrow size distributions were synthesized by two-stage dispersion polymerization. I examined how the amounts of methacrylic acid (MAA) and lanthanide (Ln) salts affect the composition of the particles formed in the reaction. Also, I performed a systematic study of Ln ion release into different aqueous solutions. In normal buffers, these particles were stable against ion leakage, even upon prolonged storage and stirring. When strong chelating agent ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) were present in buffer, the loss of Ln ions increased to 15 % after 8 weeks. A preliminary kinetic study of Ln ion incorporation was performed to help understand the particle formation mechanism.

L'évaluation des conséquences environnementales des rejets de polluants atmosphériques est notamment possible grâce à l'utilisation de modèles numériques. Des modèles de dispersion spécifiques simulent les processus atmosphériques caractéristiques des échelles étudiées. Afin de représenter la dispersion de contaminants sur de très courtes périodes, soit de l'ordre de quelques secondes, des modèles de fluctuations de concentration (FC) sont nécessaires. La caractérisation des FC est essentielle pour des applications telles l'évaluation en air ambiant de la toxicité, inflammabilité et explosibilité de gaz ainsi que l'identification de nuisances olfactives. Ce projet traite du développement d'un modèle de FC. Les facteurs influençant les FC sont discutés, soit la période de moyennage, la stabilité atmosphérique, le temps de transport ainsi que les caractéristiques des sources émettrices. Une revue de la littérature des approches de modélisation des FC a permis de comparer les avantages et inconvénients de chacune en vue de sélectionner la plus adéquate. L'approche consistant à séparer la dispersion du panache en une composante de serpentement et de dispersion relative a été retenue. Le modèle a été développé pour qu'il s'applique à l'ensemble des régimes de turbulence atmosphérique. Une méthode basée sur une approche gaussienne a été développée afin de représenter les FC en conditions neutres et stables. Dans le cas de conditions convectives où les fluctuations verticales du vent sont asymétriques et le profil vertical de dispersion est non-gaussien, l'emploi d'un modèle lagrangien stochastique permet de simuler les trajectoires des centroïdes du panache mus par serpentement. On a également identifié des paramétrages représentant les profils verticaux des fluctuations turbulentes tridimensionnelles du vent, du taux de dissipation de l'énergie cinétique turbulente et des coefficients de dispersion. Un paramétrage a été développé afin de simuler les intensités relatives des FC en conditions neutres et stables. Les simulations réalisées avec le modèle développé montrent des comportements similaires aux résultats expérimentaux et aux autres modèles de FC. En effet, les intensités des FC, définies comme l'écart-type des FC sur la concentration moyenne, sont maximales près de la source et diminuent selon la distance dû à l'homogénéisation du panache. Latéralement par rapport à la direction du vent, les intensités simulées sont minimales dans l'axe central du panache et augmentent en s'approchant des bords, ce qui concorde avec les mesures et est dû à l'effet d'entraînement par mélange du panache avec de l'air ambiant non-contaminé. Une évaluation quantitative avec des bases de données expérimentales de FC permettrait d'évaluer les performances du modèle et d'améliorer la qualité des paramétrages. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fluctuations de concentration, Dispersion atmosphérique, Turbulence, Modèle lagrangien stochastique.

La dispersion des individus relie les populations animales entre elles. C'est pourquoi il est important de bien connaître les facteurs qui déterminent la distance parcourue par les animaux lors de leur dispersion. La structure génétique spatiale d'une population nous donne des indications sur la distance parcourue par les individus, elle est le reflet de la répartition spatiale des individus avec différents degrés d'apparentement. En étudiant la structure génétique spatiale d'une population sous différentes conditions environnementales, nous pouvons identifier les facteurs qui ont joué un rôle dans l'évolution du comportement de dispersion d'une espèce. L'objectif de ce mémoire est de déterminer si de fortes variations de conditions environnementales peuvent influencer la répartition spatiale des individus apparentés chez une espèce solitaire. Nous avons étudié une population sauvage de tamias rayés (Tamias triatus), un petit rongeur solitaire de l'Amérique du Nord, pendant six années consécutives. Durant ces six années, la population a connu de grandes variations de conditions environnementales. En effet, les jeunes tamias peuvent se disperser lorsqu'il y a une grande production de graines ou bien lorsqu'il n'y a peu de graines produites. Les jeunes se dispersent au printemps ou à l'automne selon la saison de reproduction. Les jeunes qui se dispersent au printemps ne font pas face aux mêmes conditions environnementales que les jeunes qui se dispersent à l'automne. De plus, l'effectif de la population a beaucoup varié selon les saisons et les années de l'étude. Nous avons étudié l'impact de ces conditions sur la distance de dispersion parcourue par les jeunes et sur la structure génétique spatiale de la population à une échelle très fine (25ha). Notre étude révèle certains effets de la variation des conditions environnementales sur le patron de dispersion des jeunes et suggèrent que la structure génétique spatiale d'une espèce solitaire peut être flexible et varier selon les conditions environnementales. De plus, nos résultats suggèrent que la structure génétique spatiale des femelles varie selon les conditions environnementales, alors que ce n'est pas le cas pour les mâles. Peu d'études ont trouvé une telle variation chez une espèce solitaire et à une échelle spatiale aussi fine. Les résultats de cette étude ont des implications importantes pour notre compréhension des facteurs qui régissent les patrons de dispersion, la structure génétique et la structure sociale des animaux et nous permettent de mieux cerner les causes évolutives à l'origine du comportement de dispersion. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : variabilité environnementale, structure génétique spatiale, dispersion juvénile, Tamias striatus

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Les travaux récents sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes ont souligné certains des aspects les plus dynamiques du fonctionnement des écosystèmes, tout en reconnaissant que la diversité répond à la fois aux variations le long de gradients environnementaux et à la dispersion des espèces entre les communautés locales. Les définitions de la diversité ont été de plus en plus caractérisés en intégrant la notion de traits fonctionnels et ont reconnu la nature flexible de la distribution des traits dans une communauté. Les chapitres de cette thèse se concentrent sur des questions liées à la façon dont la distribution des traits de la communauté est définis, comment ils peuvent informer les écologistes sur les processus associés à l'assemblage de la communauté, comment la composition des communautés pourrait changer sous différentes ampleurs de dispersion, et comment la fonctionnalité pourrait interagir avec la disponibilité des éléments nutritifs pour influencer le fonctionnement global de la communauté. Chaque chapitre va présenter l'un de ces thèmes dans les communautés zoo-et phytoplanctonique, qui emploient des analyses des données déjà recueillies, études de terrain et des expériences contrôlées en mésocosme. Les objectifs de cette thèse spécifiques sont: (1) de comparer les différentes mesures de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) dans leur capacité de rendre compte de la biomasse dans les communautés de diatomées benthiques et planctoniques, (2) d'identifier un seuil de dispersion, au-delà duquel différentes communautés de zooplancton pourrait commencer à homogénéiser la composition, (3) de mieux comprendre les communautés de zooplancton naturelles en focusant sur les modèles de distribution dans les traits fonctionnels pour examiner les signes de filtrage ou de de compétition dans l'habitat en tant que facteurs influençant la structure de la communauté, et (4) de vérifier si la diversité fonctionnelle et la disponibilité des nutriments interagissent dans la production phytoplanctonique. En général, les mesures fonctionnelles de la diversité n'ont pas été surutilisées pour les mesures taxonomiques afin de modéliser le fonctionnement des écosystèmes, ils ont souvent permis de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les relations de l'importance. En outre, les processus de dispersion et les interactions locales ont tous deux été jugés influents dans la structure des communautés de zooplancton. La dispersion expérimentale de plus de 1% a été jugée suffisante pour ouvrir une homogénéisation de la composition, et, sur le terrain, les filtres reliés à l'habitat ont été jugés plus influents que la compétition dans la définition de la diversité fonctionnelle du zooplancton. Finalement, aucune preuve n'implique la diversité fonctionnelle alguale comme étant un moteur important de la production primaire, ce qui suggère une redondance fonctionnelle qui pourrait définir les communautés phytoplanctoniques à des niveaux modestes de la richesse des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diversité fonctionnelle, Fonctionnement des écosystèmes, Zooplancton, Phytoplancton, Dispersion.

In the event of a hazardous release (chemical, biological, or radiological) in an urban environment, monitoring agencies must have the tools to locate and characterize the source of the emission in order to respond and minimize damage. Given a finite and noisy set of concentration measurements, determining the source location, strength and time of release is an ill-posed inverse problem. We treat this problem using Bayesian inference, a framework under which uncertainties in modelled and measured concentrations can be propagated, in a consistent, rigorous manner, toward a final probabilistic estimate for the source. The Bayesian methodology operates independently of the chosen dispersion model, meaning it can be applied equally well to problems in urban environments, at regional scales, or at global scales. Both Lagrangian stochastic (particle-tracking) and Eulerian (fixed-grid, finite-volume) dispersion models have been used successfully. Calculations are accomplished efficiently by using adjoint (backward) dispersion models, which reduces the computational effort required from calculating one [forward] plume per possible source configuration to calculating one [backward] plume per detector. Markov chain Monte Carlo (MCMC) is used to efficiently sample from the posterior distribution for the source parameters; both the Metropolis-Hastings and hybrid Hamiltonian algorithms are used. In this thesis, four applications falling under the rubric of source determination are addressed: dispersion in highly disturbed flow fields characteristic of built-up (urban) environments; dispersion of a nonconservative scalar over flat terrain in a statistically stationary and horizontally homogeneous (turbulent) wind field; optimal placement of an auxiliary detector using a decision-theoretic approach; and source apportionment of particulate matter (PM) using a chemical mass balance (CMB) receptor model. For the first application, the data sets used to validate the proposed methodology include a water-channel simulation of the near-field dispersion of contaminant plumes in a large array of building-like obstacles (Mock Urban Setting Trial) and a full-scale field experiment (Joint Urban 2003) in Oklahoma City. For the second and third applications, the background wind and terrain conditions are based on those encountered during the Project Prairie Grass field experiment; mean concentration and turbulent scalar flux data are synthesized using a Lagrangian stochastic model where necessary. In the fourth and final application, Bayesian source apportionment results are compared to the US Environmental Protection Agency's standard CMB model using a test case involving PM data from Fresno, California. For each of the applications addressed in this thesis, combining Bayesian inference with appropriate computational techniques results in a computationally efficient methodology for performing source determination.