The diffusion of a particle in a crowded environment typically proceeds through three regimes: for very short times the particle diffuses freely until it collides with an obstacle for the first time, while for very long times diffusion the motion is Fickian with a diffusion coefficient D that depends on the concentration and type of obstacles present in the system. For intermediate times, the mean-square displacement of the particle often increases approximately as t α , with α < 1, typical of what is generally called anomalous diffusion. However, it is not clear how one can identify or choose a time or displacement interval that would give a reliable estimate of α. In this paper, we use two exact numerical approaches to obtain diffusion data for a simple Lattice Monte Carlo model in both time limits. This allows us to propose an objective definition of the transient regime and a unique value for α. Furthermore, our methodology directly gives us the length scale over which the transient regime switches to the steady-state regime. We test our proposed approach using several types of obstacle systems, and we introduce the novel concept of excess diffusion lengths. Finally, we show that the values of the parameters describing the anomalous transient regime depend on the Monte Carlo moves used to describe the dynamics of the particle, and we propose a new algorithm that correctly models the short time diffusion of a particle on a lattice.

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At Crabby Creek, an urbanized watershed in northeast Chester County, Pennsylvania, an NaCl tracer test was conducted in 2010 to assess changes in hyporheic flow from a 2009 tracer test around the same stream restoration J-Hook. This project compares the 2009 and 2010 tracer test breakthrough curves and geophysical time-lapse resistivity surveys. This project also compares elevation cross sections and tile probing from 2009 and 2010, both measured upstream and downstream from the J-Hook. To confirm areas of lingering tracer seen in the time-lapse resistivity profiles, sediment cores using the freeze core method were taken to measure pore water for tracer. This project also measured diurnal temperature flux through the streambed at several locations along the sample site to model vertical water and heat flux. The breakthrough graphs constructed from the conductivity of the well water samples shows similar hyporheic flow characteristics from 2009 to 2010. The time-lapse resistivity profiles show an area of lingering tracer upstream from the J-Hook in 2010 that is similar in shape and location to an area upstream from the J-Hook in the 2009 profiles. However, an area of lingering tracer downstream from the J-Hook present in 2009 as a round feature on the profile is now a thin linear feature. The freeze cores show tracer present in the pore water after the end of the tracer injection in the stream sediment, confirming areas of lingering tracer seen in the time-lapse resistivity profiles. The grain size analysis of the freeze cores and the comparison to the 2009 cores taken at Crabby Creek show similar grain size distribution upstream from the J-Hook. Downstream from the J-Hook the grain size analysis shows a redistribution of sediment. Upstream from the J-Hook the tile probe shows both shallower and deeper bedrock, a redistribution of sediment but no net erosion. Downstream from the restoration structure, however, the tile probe data show a sediment loss of 20 cm. Elevation cross section surveys from 2009 and 2010 confirm what the tile probing found, a loss of sediment downstream but not upstream from the J-Hook. Temperature modeling of heat flux through the sediment shows that the diurnal temperature distribution can be accounted for without vertical flux. Thus, the immobile regions upstream and downstream from the J-Hook seem to be related to sediment distribution rather than hydrologic gradient differences. The significance of this study shows the need to use multiple techniques to characterize the immobile zone as a part of hyporheic flow. The immobile zone is an important area of chemical reactions in the streambed. At Crabby Creek the central J-Hook inhibits net erosion patterns upstream from the structure, allowing for the continued presence of an immobile zone. Downstream from the central J-Hook the erosion of the streambed sediment led to a decrease in size and location of the immobile zone. The disturbance of sediment around restoration structures influences the development of a healthy hyporheic flow and needs to be studied for future restoration of impaired streams and riparian corridors. / Geology

Yes / This paper presents a new optimization algorithm based on the behavior of the fungi kingdom expansion (FKE) to optimize the radiation pattern of the array antenna. The immobile mass ex-pansion of the fungi is mimicked in this work as a chaotic behavior with a sinusoidal map func-tion, while the mobile mass expansion is realized by a linear function. In addition, the random germination of the spores is utilized for randomly distributing the variables that are far away from the best solution. The proposed FKE algorithm is applied to optimize the radiation pattern of the antenna array, and then its performance is compared with that of some well-known algo-rithms. The MATLAB simulation results verify the superiority of the proposed algorithm in solving 20-element antenna array problems such as sidelobe reduction with sidelobe ratio (SLR = 25.6 dB), flat-top pattern with SLR = 23.5 dB, rectangular pattern with SLR = 19 dB, and an-ti-jamming systems. The algorithm also results in a 100% success rate for all of the mentioned antenna array problems

L’étude expérimentale du transport de soluté dans les milieux poreux montre des écarts à la loi de Fick. D’autre part, des progrès importants ont été accomplis sur le transport en milieu poreux, en supposant que les fluides (et les traceurs) en mouvement dans ces milieux sont arrêtés pendant des durées aléatoires. La matrice solide rend cette idée plausible. Nous étudions un modèle utilisant cette idée en l’associant à des durées d’immobilisation sans moyenne finie, en fait distribuées par des lois de Lévy. On arrive ainsi au modèle MIM fractionnaire, ou fractal.Ce modèle est une équation aux dérivées partielles pour la densité de traceur. Il équivaut à supposer que les particules de fluide et de traceur font des déplacements régis par un processus stochastique. Ce dernier est la limite hydrodynamique de marches au hasard fondées sur des déplacements convectifs, des sauts gaussiens, et des arrêts distribués suivant une loi de Lévy. Ces deux versions du même modèle donnent deux méthodes de simulation numérique.Nous montrons comment mettre en œuvre ces méthodes. Ceci a pour but la maîtrise d’outils de simulation, afin de comparer avec des données expérimentales pour savoir si ce modèle convient pour décrire le transport dans un milieu donné. Cette simulation, pour être efficace, nécessite la connaissance des paramètres du transport de soluté au sein du milieu donné. Ils sont difficilement mesurables et/ou identifiables en pratique. Donc, il faut pouvoir les estimer à partir de grandeurs qu’on sait mesurer directement, comme la densité d’un traceur. Pour cela, nous avons mis en place une méthode d’inversion qui permet d’extraire les paramètres du modèle MIM fractionnaire, à partir de données expérimentales. Cette méthode d’inversion est basée sur la transformation de Laplace. Elle utilise le lien entre les paramètres de transport du modèle MIM fractionnaire, et les dérivées de la transformée de Laplace des solutions de ce modèle. Ce lien est exact dans un milieu semi-infini, et seulement approché dans un milieu fini.Après avoir testé cette méthode en l’appliquant à des données numériques en essayant de retrouver leurs paramètres à "l’aveugle", nous l’appliquons à des données issues d’une expérience de traçage en milieu poreux insaturé / Appealing models for mass transport in porous media assume that fluid and tracer particles can be trapped during random periods. Among them, the fractional version of the Mobile Immobile Model (f-MIM) was found to agree with several tracer test data recorded in environmental media.This model is equivalent to a stochastic process whose density probability function satisfies an advection-diffusion equation equipped with a supplementary time derivative, of non-integer order. The stochastic process is the hydrodynamic limit of random walks accumulating convective displacements, diffusive displacements, and stagnation steps of random duration distributed by a stable Lévy law having no finite average. Random walk and fractional differential equation provide complementary simulation methods.We describe that methods, in view of having tools for comparing the model with tracer test data consisting of time concentration curves. An other essential step in this direction is finding the four parameters of the fractional equation which make its solutions fit at best given sets of such data. Hence, we also present an inversion method adapted to the f-MIM. This method is based on Laplace transform. It exploits the link between model's parameters and Laplace transformed solutions to f-MIM equation. The link is exact in semi-infinite domains. After having checked inverse method's efficiency for numerical artificial data, we apply it to real tracer test data recorded in non-saturated porous sand

The Rävliden mine is located in the Skellefte district in northern Sweden. In close proximity lays the Kristineberg deposit containing zinc, copper and lead ore which has been mined since the 1940’s. The district is rich in massive sulphide deposits and the mining history can be dated back to the 1920’s. New deposits are still being discovered and understanding the origin of the ores and their formation processes are more and more important when looking for new orebodies. The area itself is ca 1.8 Ga and most rocks have undergone hydrothermal alteration and been metamorphosed. The main purpose of this study was to determine the host rock protolith and the method chosen was developed by MacLean and Barrett (2005) in which immobile element ratios are used for determining the chemostratigraphy.     Two main alteration types are recognized and two minor ones. The dominant ones being sericite and chlorite alteration. The boreholes also display some silicification and carbonate alteration. While the TAS-diagram shows that most samples are either dacitic or rhyolitic with a small group of andesitic rocks. Further usage of both the Alteration box plot and various immobile element plots show that the amount of dacitic samples are low. Instead rhyolite is the predominant rock type with four subgroups, there is also one dacite group and one probable andesitic intrusion. The mineralisation is low so it was not possible to correlate alteration type to ore occurrence, nor was it possible to see any correlation between protolith and mineralisation. The study did determine the protolith for the boreholes and the data and therefore the method can be used for exploration in other areas. / Rävlidengruvan ligger i Skelleftedistriktet i norra Sverige och i dess närhet ligger även  Kritinebergsgruvan där zink, koppar och bly har brutits ur malmkroppen sedan 1940-talet. Distriktet är rikt på massiva sulfid avlagringar och gruvdrift i området kan dateras tillbaka till 1920-talet. Nya fyndigheter upptäcks fortfarande och förståelse för deras uppkomst och malmernas bildningsprocesser blir är allt viktigare när man ska söka nya malmkroppar. Skelleftedistriktet är ca 1,8 Ga och de flesta bergarter har antingen genomgått metamorfos eller hydrotermal omvandling. Huvudsyftet med denna studie var att fastställa ursprungsbergarten för området, innan hydrotermal omvandling skedde, med hjälp av en metod som har utvecklats av MacLean och Barrett. Metoden grundar sig i att man jämför relationerna mellan immobila grundämnen för att på så sätt fastställa kemostratigrafin.     Fyra omvandlingstyper återfinns i borrhålen där två är mer prominenta, serecit och klorit omvandling. De mindre vanliga omvandlingstyperna är silicifiering eller kvartsomvandlig samt karbonatomvandling. De flesta prover är antingen daciter eller ryoliter med en liten grupp andesiter så visar de olika diagrammen med immobila elementet på att mängden daciter är få. Istället finns det fyra typer av ryoliter, en grupp daciter och en trolig andesitisk intrusion. Mängden mineralisering var låg så det var inte möjligt att korrelera omvandlingstyp till malm bildning, inte heller var det möjligt att se något samband mellan protoliten och mineralisering. Studien besvarade hypotesen om ursprungsbergarten för borrhålen och metoden kan användas för andra prospekteringsområden.

La protection à long terme des ressources en eau souterraine implique détudier le comportement de leau et des éventuels contaminants quelle véhicule depuis lentrée dans le milieu souterrain (recharge) jusquà lexutoire naturel (émergence, cours deau) ou forcé (pompage) de la nappe. Au cours de ce transit, de nombreux phénomènes dorigine physique ou chimique sont susceptibles daffecter la mobilité et les concentrations du ou des contaminants. Il sagit donc de tenir compte du pouvoir atténuateur, retardateur, voire auto-épurateur du milieu souterrain à leur égard, les conséquences pouvant être positives (dispersion, dilution, dégradation du contaminant) ou négatives (difficultés de reprise du contaminant, impact à long terme de la contamination, ). Lobjectif de cette recherche est de développer une approche conceptuelle et mathématique visant à létude in situ et à la modélisation de la mobilité et du piégeage temporaire ou définitif des solutés au sein du milieu souterrain variablement saturé en eau. Une classification des processus physico-chimiques influençant la mobilité des solutés est proposée, reposant sur trois critères : (1) un distinction entre processus « microscopiques », ayant cours à léchelle de quelques pores et processus « macroscopiques », ayant cours à léchelle du terrain ; (2) une distinction entre processus physiques (affectant tout type de contaminant, indépendamment de sa nature chimique) et processus chimiques (affectant certains contaminants, en fonction de leurs propriétés chimiques spécifiques) ; (3) une distinction entre processus à léquilibre (indépendant du temps) et processus cinétiques (dépendant explicitement du temps). Sur base de cette analyse, le modèle conceptuel considéré comporte trois éléments principaux : ladvection, la dispersion hydrodynamique et un processus de stockage-déstockage de soluté au sein dune phase immobile liquide (effet deau immobile) ou solide (sorption cinétique), représenté par une équation de transfert de premier ordre. Suivant le schéma conceptuel, les adaptations et développements réalisés au sein du code éléments finis SUFT3D, en vue de permettre la simulation du comportement dun soluté dans le milieu souterrain variablement saturé, sont décrits. La détermination des paramètres gouvernant les processus de migration et de piégeage des solutés repose sur linterprétation dessais de traçage réalisés in situ, en milieu saturé et non saturé. Une part importante de la recherche a donc été consacrée à lamélioration des techniques de traçage et dinterprétation des résultats en termes dévolution de la concentration et dévolution de la masse restituée du traceur, cette dernière étant plus adaptée à lévaluation et à la quantification des effets de retard. En vue de représenter de manière plus physique et plus précise linjection dun traceur, une nouvelle approche conceptuelle, mathématique et numérique est élaborée, considérant explicitement les interactions puits aquifère. A laide de ce modèle, divers tests numériques démontrent limpact des conditions dinjection du traceur sur les résultats de traçage, pouvant potentiellement conduire à des erreurs dinterprétation en termes didentification des processus agissant et de quantification des paramètres calibrés. En vue dune interprétation correcte des résultats de traçage, le contrôle des conditions dinjection est donc primordial. Deux études expérimentales servent de base et dillustration aux développements réalisés. Une campagne dessais de traçage en milieu saturé a été réalisée dans la plaine alluviale de la Meuse, à Hermalle-sous-Argenteau. Ces essais permettent de valider et dillustrer lapproche développée en vue de représenter précisément linjection des traceurs et les interactions puits aquifère, de mettre en évidence une série de problèmes conceptuels et pratiques rencontrés lors de la réalisation des essais de traçage, dexaminer le comportement chimique de plusieurs traceurs artificiels et de mettre en évidence les propriétés hydrodispersives des formations alluviales. La deuxième étude a eu pour objectif détudier les mécanismes de migration de substances dissoutes au sein de la zone non saturée surmontant la nappe aquifère des craies en Hesbaye. Les résultats de ces tests permettent de proposer une approche unifiée visant à représenter le comportement hydrodynamique et hydrodispersif des craies fissurées sous des conditions variables de recharge, donc de saturation en eau. Cette étude permet également de mettre en évidence le lien entre les propriétés physiques et hydrodynamiques des limons éoliens en Hesbaye.

L'étude expérimentale du transport de soluté dans les milieux poreux montre des écarts à la loi de Fick. D'autre part, des progrès importants ont été accomplis sur le transport en milieu poreux, en supposant que les fluides (et les traceurs) en mouvement dans ces milieux sont arrêtés pendant des durées aléatoires. La matrice solide rend cette idée plausible. Nous étudions un modèle utilisant cette idée en l'associant à des durées d'immobilisation sans moyenne finie, en fait distribuées par des lois de Lévy. On arrive ainsi au modèle MIM fractionnaire, ou fractal.Ce modèle est une équation aux dérivées partielles pour la densité de traceur. Il équivaut à supposer que les particules de fluide et de traceur font des déplacements régis par un processus stochastique. Ce dernier est la limite hydrodynamique de marches au hasard fondées sur des déplacements convectifs, des sauts gaussiens, et des arrêts distribués suivant une loi de Lévy. Ces deux versions du même modèle donnent deux méthodes de simulation numérique.Nous montrons comment mettre en œuvre ces méthodes. Ceci a pour but la maîtrise d'outils de simulation, afin de comparer avec des données expérimentales pour savoir si ce modèle convient pour décrire le transport dans un milieu donné. Cette simulation, pour être efficace, nécessite la connaissance des paramètres du transport de soluté au sein du milieu donné. Ils sont difficilement mesurables et/ou identifiables en pratique. Donc, il faut pouvoir les estimer à partir de grandeurs qu'on sait mesurer directement, comme la densité d'un traceur. Pour cela, nous avons mis en place une méthode d'inversion qui permet d'extraire les paramètres du modèle MIM fractionnaire, à partir de données expérimentales. Cette méthode d'inversion est basée sur la transformation de Laplace. Elle utilise le lien entre les paramètres de transport du modèle MIM fractionnaire, et les dérivées de la transformée de Laplace des solutions de ce modèle. Ce lien est exact dans un milieu semi-infini, et seulement approché dans un milieu fini.Après avoir testé cette méthode en l'appliquant à des données numériques en essayant de retrouver leurs paramètres à "l'aveugle", nous l'appliquons à des données issues d'une expérience de traçage en milieu poreux insaturé

To enhance material performance at different length scales, this study strives to develop a reliable analytical and computational tool with the help of internal state variables spanning micro and macro-level behaviors. First, the practical relevance of a nonlocal damage integral added to an internal state variable (BCJ) model is studied to alleviate numerical instabilities associated within the post-bifurcation regime. The characteristic length scale in the nonlocal damage, which is mathematical in nature, can be calibrated using a series of notch tensile tests. Then the same length scale from the notch tests is used in solving the problem of a high-velocity (between 89 and 107 m/s) rigid projectile colliding against a 6061-T6 aluminum-disk. The investigation indicates that incorporating a characteristic length scale to the constitutive model eliminates the pathological mesh-dependency associated with material instabilities. In addition, the numerical calculations agree well with experimental data. Next, an effort is made rather to introduce a physically motivated length scale than to apply a mathematical-one in the deformation analysis. Along this line, a dislocation based plasticity model is developed where an intrinsic length scale is introduced in the forms of spatial gradients of mobile and immobile dislocation densities. The spatial gradients are naturally invoked from balance laws within a consistent kinematic and thermodynamic framework. An analytical solution of the model variables is derived at homogenous steady state using the linear stability and bifurcation analysis. The model qualitatively captures the formation of dislocation cell-structures through material instabilities at the microscopic level. Finally, the model satisfactorily predicts macroscopic mechanical behaviors - e.g., multi-strain rate uniaxial compression, simple shear, and stress relaxation - and validates experimental results.

Dans cette thèse, je traite la question de la Deixis sur trois niveaux du langage : Syntaxique, phonétique et gestuel. L’idée principale, c’est que la Deixis ne s’arrête pas sur le fait de pointer un objet présent et peut aller plus loin avec des caractéristiques beaucoup plus abstraites. Cette thèse est accomplie sur trois parties fondamentales. La première partie contient un chapitre définitoire et dans le deuxième chapitre je présente les trois processus fondamentaux de la Deixis : la catégorisation, la nomination et la mémorisation. Dans la deuxième partie, j’étudie les processus cognitifs de la Deixis d’un point de vue dynamique et se servir des théories et concepts pour éclaircir la méthodologie utilisée. J’explique la dynamique de la Deixis Ad Oculos et la Deixis Am Phantasma en montrant comment cette dynamique est complètement dépendante des représentations personnelles du sujet. Les concepts de partage et d’égocentrage nous donnent un sens aux analyses que nous pourrons utiliser comme critères pour décider si un tel sujet a une bonne gestuelle communicative pour passer clairement son message à l’autrui. Ces concepts pourront être bien intéressantes en ce qui concerne des recherches étudiant le comportement des acteurs et les études de détection. Ainsi, avec quelques recherches plus profondes nous pourrons créer des listes de critères et de caractéristiques qui nous aideront à distinguer et détecter un comportement correct d’un autre qui est incorrecte. De même, nous pourrons définir un comportement normal d’un autre anormal et appliquer ces indices et critères sur des enfants souffrant d’incapacité pour s’exprimer tels que des enfants dyslexiques et autistes. / In this thesis, I treat with the question of Deixis on three levels of language: Syntax, phonetic and gestural. The main idea is that the Deixis does not end on pointing out a present object and can go further with more abstract features. This thesis has three basic parts. The first contains a definitional chapter and in the second chapter I present the three basic processes of Deixis: categorization, nomination and memorization. In the second part, I study the cognitive process of Deixis from a dynamic point of view and use theories and concepts to clarify its methodology. I explain the dynamics of Deixis Ad Oculos and Deixis Am Phantasm showing how this dynamic is completely dependent on the personal representations of the subject. The concepts share and egocentrage give us a sense of analysis that we can use as criteria to decide whether such subject has good communicative gesture to clarify his message to others. These concepts can be very interesting in terms of research regarding actor’s behavior and detection studies. Thus, with some deeper research we can create lists of criteria and characteristics that will help us to distinguish and detect the appropriate behavior from the inappropriate one. Similarly, we can define normal behavior from the abnormal one and apply these criteria and indicators on children with disabilities, such as dyslexia and autism, to help them to express themselves in the future.