Wind energy is expected to contribute to alleviating the rise in energy demand in the Middle East that is driven by population growth and industrial development. However, variability and intermittency in the wind resource present significant challenges to grid integration of wind energy systems. The first chapter addresses the issues in current wind resource assessment in the Middle East due to sparse meteorological observations with varying record lengths. The wind field with consistent space-time resolution for over three decades at three hub heights over the whole Arabian Peninsula is constructed using the Modern Era Retrospective-Analysis for Research and Applications (MERRA) dataset. The wind resource is assessed at a higher spatial resolution with metrics of temporal variations in the wind than in prior studies. Previously unrecognized locations of interest with high wind abundance and low variability and intermittency have been identified in this study and confirmed by recent on-site observations. The second chapter explores high-altitude wind resources that may provide alternative energy resources in this fossil-fuel-dependent region. This study identifies areas favorable to the deployment of airborne wind energy (AWE) systems in the Middle East and computes the optimal heights at which such systems would best operate. AWE potential is estimated using realistic AWE system specifications and assumptions about deployment scenarios and is compared with the near-surface wind generation potential concerning diurnal and seasonal variability. The results show the potential utility of AWE in areas in the Middle East where the energy demand is high. The third chapter investigates the potential for wind energy to provide a continuous energy supply in the region. We characterize the wind power variability at various time-scales of power operations to illustrate its effects across the Middle East via spectral analysis and clustering. Using a high-resolution dataset obtained from Weather Forecasting and Research (WRF) model simulations, this study showcases how aggregate variability may impact operation, and informs the planning of large-scale wind power integration in the Middle East in light of the scarcity of observational data.

In this thesis, we present a novel algorithm for computing the radiation field in astrophysical simulations. The algorithm is tree-based, similar to many gravity solvers, and allows computation of radiative transfer in O(Nsink logNsource) in cases without absorption, and O(Nsink logNsource logN) time with absorption. The algorithm scales well with the number of processors due to its tree-based nature, and is highly tunable in accuracy and speed. It is also only weakly dependent on both the energy band and the number of energy bands used. We provide a suite of tests of the code showing its ability to create accurate fluxes, ionization fronts, hydrodynamics coupling, and shadowing. We apply the algorithm in a set of simulations on an isolated spiral galaxy from the AGORA project. The algorithm is used to calculate FUV fields within the galaxy, which self-consistently sets the dominant photoelectric heating in the gas. This has never before been performed in galaxy simulations. We find, in agreement with Ostriker et al. [2010], that FUV can be a very important regulation mechanism for star formation in a galaxy. Depending on the assumed opacity, FUV can decrease the average star formation rate (SFR) anywhere from 15% to a factor of twenty. We compare this regulation mechanism to a highly effective model of supernovae (SNe) feedback, which reduces the SFR by a factor of twenty as well. However, SNe feedback destroys most of the gas structure in the process, whereas FUV has minimal impact on the gas structure. In the simulations with FUV radiation, we are also able to create a two phase medium that is a function of the mean FUV intensity the gas receives. Finally, we find that simulations with FUV agree well with observations of nearby spirals on the Kennicutt-Schmidt relation, at least at gas surface densities of 0.2 - 30 M⊙. At surface densities higher than 30 M⊙, we find that FUV is not an effective regulator which is consistent with arguments that SNe or other feedback mechanisms should become the primary regulator. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

No description available.

With growing cultural diversity in the United States (U.S.), health disparities continue to exist among many ethnic minority populations impacting the U.S. economy. Health disparities are health differences that are noted in a particular cultural group in respect to higher rates of diseases and deaths in comparison to others. These cultural groups have common attributes and can be based on race, ethnicity, disability, sexual orientation, income, residential location and many others. One such example is individuals of Puerto Rican heritage, the second largest Hispanic group living in the U.S. mainland. Puerto Ricans are identified to have multiple health disparities in comparison to other Hispanic and non-Hispanic population groups living in the U.S. Among other factors, common cultural health care beliefs and practices of individuals impact health outcomes. Healthcare professionals like nurses are expected to provide culturally competent care to vulnerable populations with known health disparities. Culturally competent care refers to delivering care congruent with patients' cultural beliefs and practices. Therefore, it is important to educate health professionals regarding caring for vulnerable populations. The purpose of this community-based participatory research (CBPR) study was to develop content for an educational tool, an online virtual interactive simulation (OVIS) case for developing cultural competency of nursing students in caring for the Puerto Rican population of New York City (NYC). The content development for OVIS was guided by the framework for Cultural Competency Simulation Experiences (CCSE), which was developed as a part of this dissertation. The CCSE framework guided the content development of OVIS using a CBPR approach. A community advisory board was developed which consisted of cultural, clinical and educational experts, residing in New York and Puerto Rico.

L’acétylcholinestérase (AChE), une des enzymes les plus rapides dans la nature, est lacible d’un large nombre de toxiques, dont notamment les neurotoxiques organophosphorés.La première partie de ce manuscrit de thèse décrit le développement raisonné d’un nouveauréactivateur, qui présente des propriétés de réactivation supérieures aux moléculesactuellement sur le marché. Les interactions entre cette molécule, KM297, et l’AChE ontété étudiées par dynamique moléculaire, docking et cristallographie aux rayons X. La connaissancedes modes de liaison du KM297 dans l’AChE native ou inhibé par un OP ontpermis de développer la molécule JDS207, qui se lie de façon exclusive au site périphériquede l’AChE. La deuxième partie de la thèse est dédiée à l’analyse des simulations de laAChE par dynamique moléculaire. On observe que la combinaison de multiples trajectoiresgénérées avec des paramètres de vélocité initiale différents est une méthode fiablepour caractériser les conformations atteintes par les chaînes latérales des acides aminés. Encomparant la distribution des rotamères pour l’AChE humaine et celle du poisson Torpedocalifornica, on montre que des différences importantes existent entre les enzymes des deuxespèces. A partir de ces informations sur les conformations de résidus clés du site actif,une méthode a été développée pour générer des récepteurs utilisable pour des calcules dedocking flexible, de façon à prendre en compte la dynamique propre à chaque résidu del’enzyme. Cette méthode a été validé en comparent les résultats obtenues à des structurescristallographiques connues. / Acetylcholinesterase (AChE), one of nature fastest enzyme, is the target of multiple toxics,including organophosphate nerve agents (OP). In the first part of this thesis I present thestructure-based development of a new uncharged reactivator, which showed characteristicsbetter than any molecule commercially available to date. The molecule has been rationallydesigned to present both affinity to the inhibited enzyme and good reactivation capabilities.The interactions between the lead molecule KM297 and AChE has been characterizedby means of flexible docking, molecular dynamics simulations and X-ray protein crystallography.The deeper understanding of its binding modes to both native and OP-inhibitedAChE has helped in developing a derivative, JDS207, whose binding mode at the peripheralsite of AChE is optimized. This derivative has also been studied by flexible docking and Xraycrystallography. The design of this family of reactivators taught us that a deep insightof the AChE dynamics is necessary to optimize ligands. The second part of the thesis isdevoted to the analysis of molecular dynamics simulations of AChE. At first, we assessedthat combining multiple short simulations is a fast and reliable method to characterizethe dynamics of the amino-acids side-chains. By comparing dynamics of the side-chainsfrom hAChE and TcAChE, we confirm that some key dynamical differences exist betweenthe two enzyme. The knowledge of the rotamers issued of MD simulation has lead us todevelop a new method to generate flexible receptors for docking, which is specific to eachsingle residue in the enzyme. This method has been validated by comparing its outputstructures with the ones found on the PDB database.

L'origine de certains champs magnétiques stellaires observés et leur impact sur l'évolution des étoiles sont mal compris. C'est particulièrement vrai dans le cas des étoiles de masse intermédiaire de la séquence principale. Des relevés spectropolarimétriques récents ont en effet révélé l'existence d'une dichotomie magnétique inexpliquée, de 2 ordres de grandeur en terme de champ longitudinal, entre le fort champ des étoiles Ap/Bp et le faible champ des étoiles Vega-like. Le but de cette thèse est de tester la possibilité que cette dichotomie magnétique soit liée, comme proposé par Aurière el al. (2007), au développement d'instabilités magnétohydrodynamiques (MHD) dans la zone radiative des étoiles de masse intermédiaire. Pour cela, j'ai réalisé des simulations numériques MHD 2D et 3D qui permettent de suivre l'évolution d'un champ magnétique axisymétrique soumis initialement à une rotation différentielle dans une zone stratifiée de façon stable puis de considérer le développement d'instabilités MHD non-axisymétriques. L'influence de différents paramètres physiques des simulations, comme l'intensité initiale du champ magnétique poloïdal, le profil de rotation différentielle, la valeur des coefficients de diffusion ou encore l'importance de la stratification stable, a été testée. L'analyse des résultats des simulations montre que des instabilités MHD comme l'instabilité magnétorotationnelle et celle de Tayler peuvent se déclencher dans une zone radiative en rotation différentielle. En accord avec le scénario de Aurière et al. (2007), ces instabilités se développent assez pour modifier la structure spatiale à grande échelle d'un champ magnétique si l'intensité initiale du champ poloïdal est suffisamment faible par rapport à l'intensité initiale de la rotation différentielle. Le champ longitudinal calculé pour nos simulations les plus instables est diminué de 15% par rapport à un cas stable. Ce travail de thèse montre donc que les instabilités MHD sont des possibles candidats pour expliquer le désert magnétique des étoiles de masse intermédiaire de la séquence principale. / The origin of some of the observed stellar magnetic fields and their impact on stellar evolution are not well understood. This is particularly true for the main sequence intermediate-mass stars. Recent spectropolarimetric surveys have indeed exhibited an unexplained magnetic dichotomy, of 2 orders of magnitude in term of the longitudinal field, between the strong field of Ap/Bp stars and the weak field of Vega-like stars. This thesis aims to test the possibility that this magnetic dichotomy is linked to the development of magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in the radiative zone of intermediate-mass stars, as proposed by Aurière et al. (2007). To do that, I have performed 2D and 3D MHD numerical simulations that allow to follow the evolution of an axisymetric magnetic field which is initially submitted to a differential rotation in a stably stratified zone and then to consider the development of non-axisymetric MHD instabilities. The influence of different physical parameters of the simulations, as the initial strength of the poloidal magnetic field, the differentially rotating profile, the diffusion coefficient values or the effect of the stable stratification, has been tested. The analysis of the simulation results show that MHD instabilities as the magneto-rotational instability or the Tayler instability can be triggered in a differentially rotating radiative zone. In agreement with the scenario of Aurière et al. (2007), these instabilities are enough developed to modify the large scale spatial structure of a magnetic field if the initial strength of the poloidal field is sufficiently weak with respect to the initial strength of the differentially rotation. The computed longitudinal field in our most unstable simulations is reduced by 15% with respect to a stable case. Therefore, this thesis work shows that the magnetic instabilities are possible candidates to explain the magnetic desert of the main sequence intermediate-mass stars.

Cette thèse explore la formation, l’évolution et la structure des galaxies spirales à l’aide de simulations, en mettant l’accent sur le disque. Elle s'appuie sur nos simulations hydrodynamiques à N-corps mettant en scène une fusion majeure entre deux galaxies à disque à haut redshift, chacune en possession d’un halo de gaz chaud. Les disques des progéniteurs sont détruits par la fusion, et un disque étendu se forme dans la galaxie ainsi obtenue à partir d’étoiles nouvellement formées, la formation stellaire étant alimentée par le halo de gaz. A la fin de la simulation, la nouvelle galaxie montre toutes les propriétés d’une galaxie spirale, prouvant pour la première fois avec des simulations comment une galaxie de type tardif peut être créée par une fusion majeure.Dans cette thèse sont analysées plusieurs propriétés des galaxies ainsi obtenues, comme la migration stellaire, la rotation angulaire de la barre, et les profils radiaux de densité surfacique. Ce dernier point en particulier constitue une partie importante de mon travail, le fit de ces profils permettant d'obtenir les grandeurs caractéristiques du disque. Nos disques montrent en effet un profil de type II (troncature vers le bas) dont il est possible d'extraire les longueurs d'échelle et le rayon de troncature. Le but est notamment de chercher ce qui module les valeurs de ces paramètres (ceux-ci étant très différents d'une simulation à l'autre), ainsi que les phénomènes à l'origine de ce profil spécifique. Enfin, certains disques de type III (troncature du profil vers le haut) obtenus pour des simulations de galaxies isolées sont présentés et analysés, afin de comprendre leur provenance. / This thesis explores the formation, evolution and structure of spiral galaxies using simulations, with an emphasis on the disc component. It is based on our N-body/SPH simulations involving a major merger between two disc galaxies at high redshift, both in possession of a hot gaseous halo. The discs of the progenitors are destroyed by the merger, and a well-extended disc forms in the remnant galaxy from newly born stars, star formation being fuelled by the gaseous halo. By the end of the simulation, the remnant galaxy shows all the properties of a spiral galaxy, proving for the first time in simulations how a late-type galaxy can be created from a major merger.In this thesis, several properties of the remnant galaxy are analysed, such as the stellar migration, the bar pattern speed, and the surface density radial profiles. This last point in particular represents a significant part of my work, using fits of the profiles to obtain the characteristic parameters of the disc. Our discs show a type II profile (downbending truncation), so that we can derive their scalelengths and truncation radius. The goal is to understand what determines the values of these parameters (which are very different from one simulation to another), as well as the origin of this specific profile. Finally, some type III discs (upbending truncation) obtained for simulations of isolated galaxies are presented and analysed, in order to investigate their formation mechanism.

Les vagues de tsunami sont des ondes longues générées par des événements géophysiques impulsifs de la croûte terrestre, de volcans, d’impacts d’astéroïdes et de glissements de terrain. Si la majorité des tsunamis sont d'origine tectonique, l'effondrement en masse d'un relief côtier peut constituer une source importante de l’aléa tsunami. Après une brève introduction sur les différentes générations de tsunamis dans l'histoire et les enjeux de cette thèse, le chapitre 1 présente les principaux résultats bibliographiques sur la génération et la propagation de tsunamis, ainsi qu’un rappel sur l’établissement des équations s’appliquant à l’étude des vagues extrêmes. Le second chapitre est dédié à la présentation des différents codes numériques utilisés dans ce manuscrit, à savoir, Gerris et SPHysics. Le chapitre 3 s'intéresse à la génération de tsunami par l’impact d’un bloc solide. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numériques des deux codes. A partir de là, une étude systématique a été faite, menant à des lois d’échelles sur le temps d’arrivée et l’amplitude de la première vague générée. Dans le chapitre 4, les interactions entre le glissement de terrain et la vague générée sont étudiées expérimentalement à l'aide d'impact granulaire initialement sec dans l'eau. Une étude systématiques des différents paramètres met en lumière l'importance des propriétés du glissement sur la vague générée. Enfin, Le chapitre 5 est dédié à l’étude de l’effondrement du Cap Canaille à Cassis. Cette étude numérique utilise un modèle de génération et de propagation simplifié afin d'estimer le potentiel destructeur d'un éventuel effondrement majeur. / Tsunami waves are long waves generated by impulsive geophysical events of earth's crust, volcanoes, asteroids impacts or landslides. Even if most of the tsunamis are generated by submarine earthquakes, the massive collapse of coastal landscape may constitute an important source of tsunami hazard. After introducing historical tsunami events, chapter 1 presents a state-of-the-art on the generation and propagation of tsunami waves and the main equations dealing with extreme water waves. Chapter 2 presents the numerical codes used in this thesis: Gerris and SPHysics. Chapter 3 focuses on the generation of tsunami by a solid landslide. Experimental results are compared to numerical simulations obtained using both codes. From this results, we derive scaling laws on the arrival time and amplitude of the first generated wave. The chapter 4 deals with the interactions between the slide and the generated wave by taking into account the impact of an initially dry granular media into water. Systematic studies varying the different parameters exhibit the significance of the internal properties of the slide on the generated wave. Finally, chapter 5 is dedicated to the collapse of the Cap Canaille near Cassis. A idealized model for the generation and the propagation are used to estimate the hazard associated to such a massive collapse.

Il s’agit d’étudier les effets du TEL du rayonnement, d’un soluté (oxygène, antioxydant, scavengers...) et d’une géométrie de confinement sur les processus physiques et chimiques. Nos études sur la production de radicaux libres en fonction de la pression d’oxygène et du TEL du rayonnement nous ont permis de noter une similitude entre la production des radicaux O2- / HO2 et l’effet oxygène décrit en radiothérapie. Ces résultats confortent l’idée que ce couple de radicaux pourraient jouer un rôle dans l’effet oxygène (radiothérapie) et expliqueraient la disparition de cet effet à haut TEL (hadronthérapie). Nous avons aussi montré que cette similitude persistait en présence de Glutathion (antioxydant majoritaire dans le noyau cellulaire) / -

Les interférences électromagnétiques intentionnelles (IEMI) consistent à tirer parti de la vulné-rabilité EM d’un système électronique afin de le contraindre à se mettre dans un mode de dys-fonctionnement déterminé ou non. De nombreuses sources ont été conçues depuis les années 90 et ont prouvé qu’elles sont capables de faire dysfonctionner un véhicule.Dans ce contexte, la problématique de cette thèse est de proposer une méthodologie permet-tant l’étude de la vulnérabilité des systèmes électriques ou électroniques d’un véhicule automobile vis-à-vis d’attaques électromagnétiques intentionnelles. Deux parties principales ont été néces-saires afin de proposer une méthodologie permettant de prendre en compte la menace IEMI dans la conception des prochains véhicules.La première partie a tout d’abord permis d’obtenir, par simulation numérique, les formes d’ondes des courant induits sur des faisceaux automobiles positionnés dans un véhicule pour n’importe quelle configuration d’attaque IEMI. Grâce à ces résultats, une quantification de ces courants en termes de formes d’ondes temporelles et de niveaux d’amplitude probables a été réalisée et a permis d’analyser le risque IEMI pour un constructeur automobile.La seconde partie a permis de prendre en compte la menace IEMI en développant un banc d’essai sur table conçu d’après les résultats de l’analyse de risque de la première partie. Deux solu-tions de bancs d’essais adaptés aux signaux IEMI ont été proposées afin de pouvoir tester les équipements automobiles par rapport aux IEMI probables lors d’une attaque sur véhicule. / Intentional electromagnetic interferences (IEMI) consist of taking advantage of the EM vul-nerability of an electronic system in order to force it to put itself in a dysfunction mode. Many sources have been designed since the 90s and have proven that they are able to disrupt a vehicle.In this context, the goal of this thesis is to study the vulnerability of electric or electronic sys-tems of a vehicle to cope with intentional electromagnetic attacks. Two main parts were needed to propose a methodology to consider the IEMI threat in the design of the future vehicles.The first part allowed to obtain, by numerical simulation, the waveforms of the currents in-duced on automotive wire harnesses located in a vehicle for any IEMI attack configuration. Thanks to these results, a quantification of these currents in terms of waveform characteristics in time-domain and probable amplitude levels was realized and allowed to analyze the IEMI risk for a car manufacturer.The second part considered the IEMI threat by developing a table test bench designed ac-cording to the results of the risk analysis of the first part. Two test bench solutions adapted to IEMI signals have been proposed in order to test automotive equipment with the probable IEMI interferences during an attack on a vehicle.