L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement d'un système d'imagerie ultrasonore fonctionnant dans l'air pour la mesure sans contact des mouvements vibratoires en surface du corps humain. L'étude des vibrations en surface de la peau ouvre plusieurs champs d'application. L'observation de la vitesse d'une onde de surface sur la peau à partir du film de propagation permet de caractériser l'élasticité de la couche superficielle ainsi que ses hétérogénéités. A partir de cette analyse, il est possible de détecter des objets cachés sur ou sous la peau, dans un objectif de sécurité. Une seconde application est l'observation des vibrations de surface engendrées par le battement cardiaque, la respiration et l'onde de pouls. La réalisation d'un premier dispositif monovoie a permis la mesure locale de vibrations de l'ordre de la dizaine de microns. A partir de ces premiers travaux, nous avons construit un imageur ultrasonore 2D dans l'air à haute cadence d'imagerie. Il est constitué d'un réseau carré de 256 microphones et de 12 émetteurs. La principale nouveauté de notre approche repose sur l'imagerie d'une surface spéculaire. En effet, la rugosité de la peau est négligeable comparée aux longueurs d'onde de travail, de l'ordre du centimètre pour limiter l'atténuation dans l'air. Pour répondre à cette contrainte, l'imagerie est réalisée à partir de la formation de voies émission/réception par synthèse d'ouverture en utilisant une émission séquentielle d'ondes sphériques. Après caractérisation du système, nous avons imagé la propagation d'une onde de surface sur un fantôme mimant le corps humain et l'interférence de cette onde avec un objet étranger. Une seconde version de l'imageur 2D, constituée de 36 émetteurs, a permis la mesure de la déformation du thorax lors du battement cardiaque ainsi que la propagation de l'onde de pouls au niveau de la carotide. / The aim of the work presented in this dissertation is to develop an airborne ultrasonic system for the contactless measurement of vibrations on the human body surface. The vibration study of the skin surface opens several application fields. The visualization of the surface wave velocity on the skin from the propagation movie allows to characterize the superficial layer elasticity as well as its heterogeneities. From this analysis, objects hidden on or under the skin can be detected for a security purpose. A second application is the observation of the surface vibrations generated by the heartbeat, respiration and pulse wave.The implementation of a first single-channel device allowed the local measurement of vibrations about ten microns order. From this initial work, we developed a 2D airborne ultrasonic imager with high frame rate. It is composed by a 256 microphones square array and by 12 piezoelectric transducers. The main innovation of our approach is the specular surface imaging. Indeed, the skin roughness is negligible compared to the working wavelength, of the centimeter order to limit the air attenuation. To resolve this issue, the imaging process is carried out with an emission/reception beamforming using synthetic aperture and achieved by a sequential emission of spherical waves.After the system characterization, we imaged the surface wave propagation on a phantom mimicking the human body and the interference between this wave and a foreign object. A second version of the 2D imager, composed by 36 emitters, was applied to measure the deformation of the thorax during the heartbeat as well as the pulse wave propagation in the carotid artery.

I syfte att sänka energianvändningen på Sundsvalls sjukhus riktas nu fokus mot ventilationssystemet och möjligheterna att där sänka luftflöden. Denna uppsats undersöker detta energibesparingsinitiativ genom att studera vad som händer med luftrörelser och temperaturer i ett rum på sjukhuset vid varierande ventilationsflöden. Metoden är rökförsök med observation och analys av mätdata som jämförs med krav på inomhusklimat och beräkningar av temperatureffektiviteten, ett kvantitativt mått på hur väl tillförd värme kommer rummets vistelsezon tillgodo. Resultaten indikerar bland annat att det kan vara till nackdel för luftkvalitén med alltför drastiska ventilationsflödessänkningar i det observerade rummet, detta fastän mängden tillförd luft är mer än tillräcklig enligt gällande krav. Bäst temperatureffektivitet uppnås då frånluft går via både frånluftsdon och frånluftsfönster vilket pekar mot att bäst förutsättningar för att sänka ventilationsflöden eller tilluftstemperatur finns med denna frånluftsinställning. / With the purpose of lowering energy consumption at Sundsvall Hospital, focus is now being directed towards the ventilation system and the possibility to reduce air flow. The thesis examines this energy-saving initiative by studying what happens to air movements and temperatures in one room at the hospital when ventilation air flow is varied. Air movements were made visible with smoke and observed and temperatures were logged. Observations and data were then analyzed with regard to indoor climate requirements and temperature efficiency, a quantitative measure of how well supplied heat will benefit a room’s occupied zone. The results indicate, among other things, that a too great reduction in air flow rates can have a negative impact on the air quality in the observed room, even though the amount of air supplied is more than sufficient according to current requirements. Best temperature efficiency is achieved when exhaust air passes through both the exhaust air device and the ventilated windows, indicating that this is the most favorable exhaust air setting for lowering ventilation air flow rates or room supply air temperature.

A chemical ionisation mass spectrometer (CIMS) was developed and utilised for measurements onboard the Facility for Atmospheric Airborne Measurements (FAAM) BAe-146 aircraft. The I- ionisation scheme was implemented to detect nitric acid (HNO3), formic acid (HC(O)OH), hydrogen cyanide (HCN) and dinitrogen pentoxide (N2O5) simultaneously at a sampling frequency of 1 Hz. Sensitivities ranged from 35±6 ion counts pptv-1 s-1 for HC(O)OH to 4±0.9 ion counts pptv-1 s-1 for HCN and limits of detection from 37 ppt for HNO3 and 5 ppt for HCN. Trace gas concentrations of species such as HC(O)OH are currently under predicted in global models. In order to understand their role in controlling air quality, it is crucial that their production pathways and abundance are accurately measured and constrained. To date, airborne measurements of these trace gases have been difficult as a result of instrumental limitations on an aircraft such as limit of detection and sampling frequency. The first UK airborne measurements of HC(O)OH and HNO3 confirmed that HC(O)OH is under predicted by up to a factor of 2 in a trajectory model that implements the full Master Chemical Mechanism (MCM) and Common Representative Intermediate Scheme (CRI). The inclusion of a primary vehicle source enabled the model to reproduce the concentrations observed; verifying that direct sources are under represented. Secondary formation of HC(O)OH was observed through its correlation with HNO3 and ozone (O3), indicating a strong photochemical production source. Hydroxyl (OH) concentrations were estimated for the first time in a flight around the UK using the HC(O)OH and HNO3 measurements. A biomass burning (BB) plume identification technique is applied to data obtained from Canadian biomass fires using HCN as a marker. A 6 sigma above background approach to defining a plume resulted in a higher R2 correlating value for the normalised excess mixing ratio (NEMR) to carbon monoxide (CO) when compared to current methods in the literature. The NEMR obtained from this work; 3.76±0.02 pptv ppbv-1, lies within the range found in the literature. This NEMR is then used to calculate a global emission total for HCN of 0.92 Tg (N) yr-1 when incorporated into the global tropospheric model STOCHEM CRI. The first direct N2O5 airborne measurements on an aircraft at night are compared to indirect measurements taken by a broadband cavity enhancement absorption spectrometer. An average R2 correlation coefficient of 0.87 observed over 8 flights for 1 Hz measurements indicates the selectiveness of the I- ionisation scheme to detect N2O5 directly, without nitrate (NO3) interference.

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Within this work an approach was developed, which utilises airborne laser scanner data in order to generate 3D building models. These 3D building models may be used for technical and environmental planning. The approach has to follow certain requirements such as working automatically and robust and being flexible in use but still practicable. The approach starts with small point clouds containing one building at the time extracted from laser scanner data set by applying a pre-segmentation scheme. The laser scanner point cloud of each building is analysed separately. A 2.5D-Delaunay triangle mesh structure (TIN) is calculated into the laser scanner point cloud. For each triangle the orientation parameters in space (orientation, slope and perpendicular distance to the barycentre of the laser scanner point cloud) are determined and mapped into a parameter space. As buildings are composed of planar features, primitives, triangles representing these features should group in parameter space. A cluster analysis technique is utilised to find and outline these groups/clusters. The clusters found in parameter space represent plane objects in object space. Grouping adjacent triangles in object space - which represent points in parameter space - enables the interpolation of planes in the ALS points that form the triangles. In each cluster point group a plane in object space is interpolated. All planes derived from the data set are intersected with their appropriate neighbours. From this, a roof topology is established, which describes the shape of the roof. This ensures that each plane has knowledge on its direct adjacent neighbours. Walls are added to the intersected roof planes and the virtual 3D building model is presented in a file written in VRML (Virtual Reality Macro Language). Besides developing the 3D building model reconstruction scheme, this research focuses on the geometric reconstruction and the derivation of attributes of 3D building models. The developed method was tested on different data sets obtained from different laser scanner systems. This study will also show, which potential and limits the developed method has when applied to these different data sets. / In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode zur automatischen Rekonstruktion von 3D Gebäudemodellen aus Flugzeuglaserscannerdaten vorgestellt. Diese 3D Gebäudemodelle können in technischer und landschaftsplanerischer Hinsicht genutzt werden. Bezüglich der zu entwickelnden Methode wurden Regelungen und Bedingungen erstellt, die eine voll automatische und robuste Arbeitsweise sowie eine flexible und praktikable Nutzung gewährleisten sollten. Die entwickelte Methode verwendet Punktwolken, welche mittels einer Vorsegmentierung aus dem gesamten Laserscannerdatensatz extrahiert wurden und jeweils nur ein Gebäude beinhalten. Diese Laserscannerdatenpunktwolken werden separat analysiert. Eine 2,5D-Delaunay-Dreiecksvermaschung (TIN) wird in jede Punktwolke gerechnet. Für jedes Dreieck dieser Vermaschung werden die Lageparameter im Raum (Ausrichtung, Neigungsgrad und senkrechter Abstand der Ebene des Dreiecks zum Schwerpunkt der Punktwolke) bestimmt und in einen Parameterraum aufgetragen. Im Parameterraum bilden diejenigen Dreiecke Gruppen, welche sich im Objektraum auf ebenen Flächen befinden. Mit der Annahme, dass sich ein Gebäude aus ebenen Flächen zusammensetzt, dient die Identifizierung von Clustern im Parameterraum der Detektierung dieser Flächen. Um diese Gruppen/Cluster aufzufinden wurde eine Clusteranalysetechnik genutzt. Über die detektierten Cluster können jene Laserscannerpunkte im Objektraum bestimmt werden, die eine Dachfläche formen. In die Laserscannerpunkte der somit gefundenen Dachflächen werden Ebenen interpoliert. Alle abgeleiteten Ebenen gehen in den entwickelten Rekonstruktionsalgorithmus ein, der eine Topologie zwischen den einzelnen Ebenen aufbaut. Anhand dieser Topologie erhalten die Ebenen ?Kenntnis? über ihre jeweiligen Nachbarn und können miteinander verschnitten werden. Der fertigen Dachgestalt werden Wände zugefügt und das komplette 3D Gebäudemodell wird mittels VRML (Virtual Reality Macro Language) visualisiert. Diese Studie bezieht sich neben der Entwicklung eines Schemas zu automatischen Gebäuderekonstruktion auch auf die Ableitung von Attributen der 3D Gebäudemodellen. Die entwickelte Methode wurde an verschiedenen Flugzeuglaserscannerdatensätzen getestet. Es wird gezeigt, welche Potentiale und Grenzen die entwickelte Methode bei der Bearbeitung dieser verschiedenen Laserscannerdatensätze hat.

Einige Krankheitserreger, die für hohe wirtschaftliche Verluste in der Schweineindustrie sorgen, können über mehrere Kilometer über die Luft übertragen werden. Staub und daran gebundene Mikroorganismen können sowohl bei Tieren, als auch bei Menschen, die in der Landwirtschaft arbeiten, zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Um den aerogenen Erregereintrag und die Belastung der Gesundheit durch Stallstaub zu reduzieren, können Filtertechniken, wie Umluftfiltration, zum Einsatz kommen. In mehreren Studien konnte beim Einsatz von Umluftfiltration im Schweinestall ein positiver Einfluss auf die Lungengesundheit der Tiere verzeichnet werden. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend, war es Gegenstand dieser Arbeit die positiven Effekte der Umluftfiltration mit der keimtötenden Wirkung von UVC-Strahlen zu kombinieren und somit den Keimgehalt der Stallluft zu reduzieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Effizienz von UVC-kombinierter Umluftfiltration hinsichtlich der Reduktionsrate luftgetragener Mikroorganismen im Labormaßstab zu untersuchen. Im zweiten Teil der Studie wurde ein UVC-Umluftfiltermodul in einen kleinen Stall integriert, um dessen Einfluss auf die Qualität der Stallluft bzw. auf die Staub- und Bakterienmenge im Vergleich zu einem Referenzstall zu überprüfen. Für Testdurchläufe im Labormaßstab wurden Aerosole mit Staphylococcus aureus, Ac-tinobacillus pleuropneumoniae, dem Virus des seuchenhaften Spätaborts (PRRSV) und dem Porcinen Parvovirus (PPV) erzeugt. In einem Luftfilterprüfstand wurden mit jedem Erreger je fünf unabhängige Testläufe mit und ohne UVC-Bestrahlung durchgeführt. Bei einigen Test-durchläufen wurde die relative Luftfeuchtigkeit (rLF) verändert, um den Einfluss einer erhöh-ten rLF auf die UVC-Wirksamkeit zu bewerten. Die Reduktionsrate entsprach der Differenz der infektiösen Partikel gemessen vor dem Luftfilter und hinter dem Luftfilter. Um das Überleben von Krankheitserregern im Filtermaterial zu untersuchen, wurden die Filter in ge-trennten Plastiktüten aufbewahrt. Nach bestimmten Zeitintervallen wurden Filterproben ent-nommen, gepoolt und inkubiert. Es folgte eine Virustitration bzw. eine Zählung der Bakterien. Die Feldstudie fand in einem kleinen Instituts-eigenen Stall statt, der aus zwei getrennten Stallabteilen bestand. Es wurden wöchentlich Luftmessungen über einen Zeitraum von 13 Wochen bzw. 16 Wochen in jedem Stallabteil durchgeführt. Die Staub- und Bakterienmenge der Stallluft wurde an drei verschiedenen Probennahmestellen gemessen. Zusätzlich wurden Luft-Proben direkt vor und hinter dem UVC-Modul entnommen. Weiterhin wurde die Ammoniak- und CO2-Konzentration, sowie Temperatur und rLF aufgezeichnet. Die Reduktionsraten der Staub- und Bakterienmenge der Stallluft wurde durch Berechnung der Werteverhältnisse (Ratios) der Messwerte aus Stall 1 (UVC-Modul) verglichen zu Stall 2 (Referenzstall) bestimmt. Ratios kleiner als eins entsprachen einer relativen Verringerung der Bakterienzahl bzw. Staubmenge. Durch logarithmische Transformierung der Ratios wurden annähernd normalverteilte Werte gewährleistet. Unter Verwendung eines t-Tests mit einer Probe auf einem Signifikanzniveau von 5 % wurden Nullhypothesen von unveränderten mittleren Bakterien- bzw. Staubwerten geprüft. Zusätzlich wurden 95 %ige Konfidenzintervalle für die geschätzten Stichprobenmittelwerte berechnet. Bei Tests im Labormaßstab führte das UVC-kombinierte Filtersystem zu einer Reduzierung der viralen und bakteriellen Partikel um mehr als 99 %. Die rLF hatte keinen Einfluss auf die UVC-Effizienz. Die Lebensfähigkeit der Pathogene im Filtermaterial variierte in Abhängigkeit vom verwendeten Pathogen und der rLF, wobei sich S. aureus und PPV am resistentesten darstellten. In der Feldstudie erreichten wir in der Stallluft von Stall 1 (mit dem UVC-Modul) eine signifikant niedrigere Bakterienmenge im Vergleich zum Referenzstall (Stall 2). Die Bakterienkonzentration der Stallluft konnte durchschnittlich auf 37 % reduziert werden, während die Staubmenge in viel geringerem Maße (auf 78 %) verringert werden konnte. Messungen unmittelbar vor und hinter dem UVC-Modul ergaben in der Stallluft eine Reduktion von 99,4 % für Bakterien und von 95,0 % für Staub. Wir konnten die Wirksamkeit von UVC-Strahlung zur Luftdesinfektion im Labormaßstab mit einer Reduktionseffizienz von >99 % für ausgewählte Viren und Bakterien erfolgreich demonstrieren. Darüber hinaus erwies sich die Kombination von UVC-Strahlung und Umluftfiltration als erfolgreich bei der Reduzierung der Bakterien- und Staubmenge der Stallluft in einem kleinen Schweinbestand. Der Einsatz dieser Technologie könnte die allgemeine Stallluftqualität in Nutztierställen verbessern.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Ausgewählte Pathogene in der Schweinehaltung 2.1.1 Viren 2.1.1.1 Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) 2.1.1.2 Ungulate protoparvovirus 1 (Porcines Parvovirus, PPV) 2.1.2 Bakterien 2.1.2.1 Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) 2.1.2.2 Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) 2.2 UVC-Strahlung 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 Luftdesinfektion mit UVC-Strahlung 2.3 Luftfiltration 2.3.1 Grundlagen der Filtration 2.3.2 Filterklassen 2.3.3 Luftfiltration in der Tierhaltung 2.4 Stallklima 2.4.1 Zusammensetzung der Stallluft 2.4.1.1 Organische Komponenten 2.4.1.1.1 Staub 2.4.1.1.2 Mikrobielle Zusammensetzung der Stallluft 2.4.1.2 Chemische und physikalische Komponenten 2.4.1.2.1 Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit (rLF), Luftgeschwindigkeit 2.4.1.2.2 Ammoniak (NH3) 2.4.1.2.3 Kohlendioxid (CO2) 3 Veröffentlichung 3.1 Eigenanteil 3.2 Fremdanteil 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Summary Literaturverzeichnis Danksagung / Some pathogens, which cause high economic losses in the swine industry, can be transmitted over several kilometres via the airborne route. Dust and microorganisms bound to dust can lead to serious health problems for animals, as well as for human beings working in the agricultural environment. In order to reduce airborne pathogen burden and to lower the negative health impact of stable dust, air filtration technologies such as recirculating air filtration can be used. In several studies, a positive impact on swine lung health was seen, when recirculating air filtration was implemented in the pig barn. Filtration of supply air can minimize the risk of introducing airborne pathogens to indoor air. Based on this knowledge, the aim of this study was to combine the positive effects of recirculating air filtration with the germicidal effect of UVC-irradiation, and thus to reduce germ content of stable air. The aim of the current study was, to assess the efficiency of UVC irradiation combined to air filtration in reducing airborne microorganisms at laboratory scale. In a second part, a UVC-combined recirculating air filtration module (UVC module) was implemented in a small animal facility in order to assess its improvement of air quality with regard to airborne bacteria and dust. Tests at laboratory scale were performed using aerosols of Staphylococcus aureus, Actinobacillus pleuropneumoniae, porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and porcine parvovirus (PPV). Five independent test runs were performed in a test chamber with each pathogen, with and without UVC irradiation, respectively. Relative humidity (RH) was manipulated in some test runs to evaluate the influence of increased RH to UVC-efficacy. Reduction efficiencies were calculated by numbers of pathogens entering and leaving the test chamber. To investigate the survival of pathogens in the filter material, the filters were stored in separated plastic bags. Filter samples were taken after certain time intervals, pooled and incubated, followed by virus titration or counting of bacteria. Our field study occurred in a small pig facility consisting of two separated barns. Weekly air measurements were conducted over a period of 13 weeks (10 piglets) and 16 weeks (11 piglets) in each barn, respectively. Airborne dust and bacteria amount was sampled and calculated at three different sampling points. Furthermore, samples were taken right in front and behind the UVC-module. In addition, ammonia, CO2, temperature and RH were recorded. Relative reduction of airborne dust and bacteria amount was determined by calculating ratios of values in barn 1 (UVC-module) compared to barn 2 (reference). Ratios smaller than one correspond to a relative reduction of bacterial counts/dust amount. Ratios were log-transformed to guarantee approximately normally distributed values. Null hypotheses of unchanged mean bacterial or dust counts (i.e., mean ratios equal one) were tested using one sample t-tests on a significance level of 5 %. In addition, 95 % confidence intervals (CI) were calculated for the estimated sample means. UVC-combined air filtration in tests at laboratory scale resulted in a more than 99 % reduction of viral and bacterial particles. RH had no influence on UVC efficiency. Viability in the filter matter varied depending on the pathogen used and RH with S. aureus and PPV being most resistant. In the field study, airborne bacterial numbers were significantly lower in the barn equipped with the UVC module compared to the reference barn. On average, a reduction to 37 % of reference values could be achieved for bacteria, whereas the amount of total dust was reduced to a much lesser extent (i.e. to 78 % of reference values). Measures taken in front of and behind the UVC module revealed a reduction of 99.4 % for airborne bacteria and 95.0 % for total dust. We successfully demonstrated the effectiveness of air disinfection using UVC irradiation at laboratory scale with reduction efficiencies of >99 % for certain viruses and bacteria. Moreo-ver, combining UVC irradiation to recirculating air filtration proved to be successful in reduc-ing airborne bacteria and dust in a small animal facility. The implementation of such devices might improve the overall environmental quality in animal facilities.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Ausgewählte Pathogene in der Schweinehaltung 2.1.1 Viren 2.1.1.1 Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) 2.1.1.2 Ungulate protoparvovirus 1 (Porcines Parvovirus, PPV) 2.1.2 Bakterien 2.1.2.1 Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) 2.1.2.2 Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) 2.2 UVC-Strahlung 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 Luftdesinfektion mit UVC-Strahlung 2.3 Luftfiltration 2.3.1 Grundlagen der Filtration 2.3.2 Filterklassen 2.3.3 Luftfiltration in der Tierhaltung 2.4 Stallklima 2.4.1 Zusammensetzung der Stallluft 2.4.1.1 Organische Komponenten 2.4.1.1.1 Staub 2.4.1.1.2 Mikrobielle Zusammensetzung der Stallluft 2.4.1.2 Chemische und physikalische Komponenten 2.4.1.2.1 Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit (rLF), Luftgeschwindigkeit 2.4.1.2.2 Ammoniak (NH3) 2.4.1.2.3 Kohlendioxid (CO2) 3 Veröffentlichung 3.1 Eigenanteil 3.2 Fremdanteil 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Summary Literaturverzeichnis Danksagung

3D semantic segmentation is an expanding topic within the field of computer vision, which has received more attention in recent years due to the development of more powerful GPUs and the newpossibilities offered by deep learning techniques. Simultaneously, the amount of available spatial LiDAR data over Sweden has also increased. This work combines these two advances and investigates if a 3D deep learning model for semantic segmentation can learn to detect terrain roughness in airborne LiDAR data. The annotations for terrain roughness used in this work are taken from SGUs 2D soil type map. Other airborne data sources are also used to filter the annotations and see if additional information can boost the performance of the model.  Since this is the first known attempt at terrain roughness classification from 3D data, an initial test was performed where fields were classified. This ensured that the model could process airborne LiDAR data and work for a terrain classification task. The classification of fields showed very promising results without any fine-tuning. The results for the terrain roughness classification task show that the model could find a pattern in the validation data but had difficulty generalizing it to the test data. The filtering methods tested gave an increased mIoU and indicated that better annotations might be necessary to distinguish terrain roughness from other terrain types. None of the features obtained from the other data sources improved the results and showed no discriminating abilities when examining their individual histograms. In the end, more research is needed to determine whether terrain roughness can be detected from LiDAR data or not.

Les éleveurs laitiers-bovins présentent une incidence plus élevée de symptômes respiratoires et de maladies broncho-pulmonaires que la population générale. Un facteur de risque important serait l’exposition professionnelle à divers aéro-contaminants d’origine biologique et chimique. Les déterminants professionnels de ces expositions et les effets biologiques des contaminants inhalés de manière répétée restent cependant mal connus. Dans ce contexte, les travaux réalisés au cours de cette thèse avaient pour objectifs i) de rechercher les déterminants professionnels de l’exposition aux bio-aérosols thoraciques (poussières organiques, endotoxines, bactéries et moisissures), à l’ammoniac et à l’acétaldéhyde, et ii) de caractériser les effets pro-inflammatoires des poussières thoraciques émises lors de la tâche de paillage mécanisé qui est connue pour induire une forte exposition aux bio-aérosols. Pour atteindre ces objectifs, nous avons réalisé une campagne de 112 mesures individuelles répétées dans 29 exploitations laitières d’élevage bovin localisées en Bretagne. Par l’utilisation de modèles multivariés à effets mixtes, nous montrons que l’exposition aux bio-aérosols est majoritairement induite par l’exécution de tâches liées à la distribution de litières et d’aliments (paille, foin, ensilage). L’exposition à l’ammoniac est fortement dépendante du nombre de vaches présentes dans l’exploitation et des temps passés en stabulation et en salle de traite. L’exposition à l’acétaldéhyde est dépendante de la taille de l’exploitation et des tâches liées à la distribution d’ensilage. Nos travaux soulignent également qu’une augmentation de la surface des ouvertures de la stabulation est associée à une réduction significative de l’exposition aux moisissures, à l’ammoniac et à l’acétaldéhyde. Enfin, notre étude montre que les poussières émises lors du paillage mécanisé ont (1) une taille leur permettant de se déposer majoritairement dans les régions trachéo-bronchiques, (2) une composition bactériologique et fongique complexe et (3) in vitro des effets pro-inflammatoires puissants induisant l’expression de TNF-α, d’IL-1β, d’IL-6 et d’IL-8 dans des macrophages humains. Au total, ces travaux de thèse ont permis d’identifier des activités professionnelles et des caractéristiques d’exploitations augmentant significativement les niveaux d’expositions des éleveurs laitiers-bovins à des contaminants chimiques et à des poussières organiques pouvant théoriquement se déposer dans les tissus bronchiques où sont censées se développer différentes maladies broncho-pulmonaires. Les modèles statistiques développés au cours de la thèse permettent dès à présent la reconstitution des expositions des éleveurs et pourront être utilisés dans de futures études épidémiologiques et dans l’élaboration de programmes de prévention. / Dairy farmers have an increased risk of lower airway diseases that is likely related to occupational exposures to airborne contaminants. Nevertheless, occupational determinants of dairy farmers’ exposures remain poorly documented and the biological effects of the contaminants chronically inhaled by farmers need to be fully characterized. In this context, the objectives of this PhD thesis were i) to identify the occupational determinants of exposure to thoracic bio-aerosols (organic dusts, endotoxins, bacteria and moulds), ammonia and acetaldehyde, and ii) to characterize the pro-inflammatory effects of thoracic dusts emitted during the mechanical spreading of straw bedding, a task well-known to generate inhalable dusts. To achieve these goals, we carried out a 112-repeated exposure measurement campaign on 29 dairy farms located in Britany. Using multivariate mixed-effect regression models, we have demonstrated that farmers’ exposures to bio-aerosols were mainly induced by tasks related to bedding material distribution and cow feeding (straw, hay, silage). Exposure levels to ammonia were highly dependent on cow numbers and times spent by the farmers in stable and milking parlour. Acetaldehyde exposure was modulated according to the farm size and times spent to distribute silage. Our work also highlighted that an increase of the area of wall opening significantly reduced exposure to mould, acetaldehyde and ammonia. Finally, our study showed that dusts emitted during mechanical straw spreading have (1) a size small enough to allow them to deposit in the tracheobronchial regions, (2) a complex bacterial and fungal composition, and (3) strong in vitro pro-inflammatory effects that induced TNF-α, IL-1β, IL-6 and IL-8 expression in human macrophages. In conclusion, these results have identified different dairy farm characteristics and occupational tasks that significantly increased the exposure levels to chemical contaminants and thoracic organic dusts. Statistical models built during this research project already allow reconstitution of dairy farmers’ exposure that may of use in future epidemiological studies and to develop new preventive measures.

Dans le contexte général de l’érosion de la biodiversité, deux espèces d’oiseaux forestiers, le Grand Tétras (Tetrao urogallus) et la Gélinotte des bois (Bonasa bonasia), présentes dans le massif Jurassien sont menacées par la perte et la fragmentation de leur habitat à l’échelle régionale. En particulier, dans le massif Jurassien l’extension progressive des tâches de régénération du hêtre induit la transformation du couvert végétal constitué de myrtilles et d’herbacées favorable en un habitat fermé défavorable. Le destin de ces deux espèces emblématiques dépend pour la première d’actions de gestions et pour la seconde d’une meilleure connaissance de la distribution et de la dynamique des populations. La coupe des zones de régénération fait partie des principales actions envisagées pour restaurer l’habitat forestier. Cependant ces actions de gestion ou de suivi des populations sont couteuses en temps et en argent. Ainsi, l’opportunité d’utiliser deux jeux de données LiDAR (Light Detection and Ranging) couvrant la majorité de l’aire de distribution des deux espèces dans le massif Jurassien a initié le projet de cartographie des habitats de chaque espèce et de la présence des tâches de régénération du hêtre en utilisant des modèles de distribution d’espèces (SDMs). L’objectif est de soutenir les gestionnaires dans leurs décisions et actions grâce à la production de prédictions spatiales adaptées. La réalisation de cet objectif dépend de la fiabilité des modèles produits, mais aussi de la bonne transmission des résultats par le chercheur aux gestionnaires qui ne sont pas familiers avec les méthodes utilisées. Dans un premier temps, le choix d’une méthode de modélisation appropriée (correction du biais d’échantillonnage, échelles, algorithmes) par rapport aux caractéristiques des jeux de données et aux objectifs a été évalué. Dans un second temps, l’utilisation de variables environnementales LiDAR orienté-objet (arbres et trouées) pour faciliter l’appropriation des résultats par les gestionnaires a été testée. Enfin, les résultats obtenus ont permis la création de modèles multi-échelles et de carte de prédictions pour chacune des espèces démontrant la capacité du LIDAR de représenter la structure de la végétation qui influence la présence des espèces d’oiseaux forestières étudiées. Des modèles de distribution de la régénération du hêtre ont pu aussi être créés à une échelle fine. / In the general context of biodiversity erosion, two forest bird species occurring in the French Jura massif, the Capercaillie (Tetrao urogallus) and the Hazel Grouse (Bonasa bonasia), are threatened by habitat loss and fragmentation at the regional scale. In particular, intensive beech regeneration patches extension in the Jura massif is leading to the transformation of the understory cover, once suitable with bilberry and herbaceous vegetation, to closed unfavorable habitat. The fate of those two emblematic species is depending for the first on future management actions and for the second on a better knowledge of the species population’s dynamics and occurrences. In particular, the cutting of the beech regeneration patches is one of the efficient management actions undertaken to restore the habitat. However, management actions and surveys are money and time consuming due to the large area that need to be covered. The opportunity to use two Light Detection and Ranging (LiDAR) datasets covering a major part of the distribution of the two species in the Jura massif initiated the phD project, with the objective to support managers in their decisions and actions by the creation of adapted distribution predicted maps using Species Distribution Models (SDMs) (Hazel Grouse, Capercaillie and beech regeneration). The realization of this objective is depending on the reliability of the models produced and on the capacity of the researcher to transfer the results to managers who are not familiar with modeling methods. In a first step, the choice of the appropriate modeling method regarding the datasets characteristics and the objectives was investigated (sampling bias correction, scales, and algorithms). In addition, the use of object-oriented LiDAR predictors (trees and gaps) pertinent from both species and managers point of view to facilitate the results transfer was tested. The results obtained were used to create appropriate multi-scale SDMs and to predict distribution maps for both target species, demonstrating the capacity of LiDAR to represent vegetation structures that influence the targeted forest bird species occurrences. Models at a fine scale were also created to map the beech regeneration distribution in the Jura massif.

Les composites renforcés avec des nanotubes de carbone présentent un réel potentiel en terme de renforcement mécanique, d’amélioration de conductivités électrique et thermique des matériaux cependant les effets toxicologiques des nanotubes de carbone sur la santé humaine sont toujours à l’étude, et tout laisse à penser que ceux-ci feront prochainement l’objet de normes et autres législation. C’est pourquoi les fabricants de composites renforcés nanotubes de carbone ont tout intérêt à prendre les devants sur de futures législations en contrôlant le relargage de nanotubes isolés lors de différentes sollicitations de ces matériaux telles que la casse ou l’abrasion. Un bon état de dispersion des nanotubes au sein de la matrice est un paramètre qui améliore les performances du composite et que l’on suppose faire baisser le relargage de nanotubes de carbone isolé dans l’environnement. Le but final de cette étude est donc ici de savoir si la qualité de l’état de dispersion des nanotubes influe sur la nature des particules relarguées suite à une dégradation d’un composites. Il faut savoir si l’on a relargué des nanotubes isolés, ou bien des particules de polymère dans lesquelles des nanotubes seraient complètement enrobés, d’où l’intérêt de bien maitriser cette étape de dispersion. Pour contrôler la dispersion des nanotubes de carbone dans un système polymère, différentes méthode peuvent être utilisées, notamment la microscopie électronique (MEB et MET), mais également des méthodes telles que la caractérisation des propriétés mécaniques, la conductivité électrique, thermique ou encore la rhéologie des suspensions. Ces différentes méthodes étant plus ou moins efficaces et simple à mettre en œuvre pour indiquer si les nanotubes sont individuellement dispersés, en fagots, voire en agglomérats. Une fois l’état de dispersion des composites biens caractérisés, il s’agit de le corréler avec une prédisposition plus ou moins prononcée de ce nanocomposite au relargage. La théorie prédit que l’interface entre un nanotube et le polymère est supposé bien plus forte que celle entre un nanotube entouré par d’autres nanotubes au sein d’un agrégat. Des observations microscopiques de fractures ainsi que la caractérisation des particules relarguées lors des tests en abrasion standardisés (mesures granulométriques combinées à des observations par microscopie électronique) menées sur ces matériaux modèles permettent alors de confirmer les prédictions théoriques et de caractériser les particules relarguées en termes de taille, nombre et nature. Les résultats ne permettent pas d’affirmer que des nanotubes de carbone isolés sont relargués pendant la sollicitation mécanique des nanocomposites, quel que soit l’état de dispersion des nanotubes de carbone. En revanche, les interactions entre les particules de matrice polymère et les nanotubes de carbone observés sur celles-ci, apparaissent extrêmement dépendantes de cet état de dispersion. / Carbon nanotubes (CNT) reinforced polymer-based composites represent a significant opportunity in terms of mechanical reinforcement and electrical and thermal conductivity improvements. However specific issues for nanotubes and related composites on human health are still under studied. It is strongly expected that standards and regulations on carbon nanotubes and on carbon nanotubes composites should appear soon. Due to their high aspect ratio they could migrate into breathing apparatus (because of their small diameter) and remain stuck to the walls (due to their length) causing damages like pulmonary fibrosis or cancer. Exposition of human people to carbon nanotubes must be controlled and an occupational exposure limit must be defined. That is why suppliers of carbon nanotubes have large interest to predict rules in controlling carbon nanotube release during the use of materials prepared from nanotubes, especially under abrasion or other cyclic mechanical solicitations. A key point is to check if a good dispersion state is a required condition to decrease isolated carbon nanotubes release. As the dispersion state of carbon nanotubes in polymer-based nanocomposites was known and controlled, standardized abrasion tests were performed in a glove box in order to simulate the wear use of a nanocomposite during its lifecycle, i.e. to generate particles. Released particles were collected on TEM grids and by particle sizing devices and these ones were analyzed in term of number, size and nature thanks to different characterization methods. Granulometric data, TEM micrographs and EDX measurements were all performed and founded to be influenced by several parameters amongst which the carbon nanotubes dispersion state. Carbon nanotubes were found in the abraded particles but never isolated from other polymer particles but could be linked to released polymer particles via Van der Waals interactions and physical entanglement. It clearly appears that the dispersion state of CNT has an influence on the shape and the aspect of released particles.