Toulouse Hyperspectral Data Set: a benchmark data set to assess semi-supervised spectral representation learning and pixel-wise classification techniques

Airborne hyperspectral images can be used to map the land cover in large urban areas, thanks to their very high spatial and spectral resolutions on a wide spectral domain. While the spectral dimension of hyperspectral images is highly informative of the chemical composition of the land surface, the use of state-of-the-art machine learning algorithms to map the land cover has been dramatically limited by the availability of training data. To cope with the scarcity of annotations, semi-supervised and self-supervised techniques have lately raised a lot of interest in the community. Yet, the publicly available hyperspectral data sets commonly used to benchmark machine learning models are not totally suited to evaluate their generalization performances due to one or several of the following properties: a limited geographical coverage (which does not reflect the spectral diversity in metropolitan areas), a small number of land cover classes and a lack of appropriate standard train / test splits for semi-supervised and self-supervised learning. Therefore, we release in this paper the Toulouse Hyperspectral Data Set that stands out from other data sets in the above-mentioned respects in order to meet key issues in spectral representation learning and classification over large-scale hyperspectral images with very few labeled pixels. Besides, we discuss and experiment the self-supervised task of Masked Autoencoders and establish a baseline for pixel-wise classification based on a conventional autoencoder combined with a Random Forest classifier achieving 82% overall accuracy and 74% F1 score. The Toulouse Hyperspectral Data Set and our code are publicly available at https://www.toulouse-hyperspectral-data-set.com and https://www.github.com/Romain3Ch216/tlse-experiments, respectively.Comment: 17 pages, 13 figure

Environmental behaviour of inorganic pollutants present in raw and desalinated French marine sediments

International audienceIn the frame of long-term management of contaminated dredged sediments, this paper is centered on determinating the mobility of inorganic contaminants. A methodology derived from waste characterization has been developed and applied to marine sediments from Lazaret bay (Toulon, southern France) to determine the potential mobilization of inorganic pollutants in specific conditions. It consists of mineral and textural analysis combined with leaching tests. This methodology was applied to untreated, 5.8 % organic matter, light sandy silt harbor sediment and to the same sediment after a desalinization treatment. In both untreated and desalinated sediments, the contaminant content was around 26.1, 0.18, 42.5, 34, 31, 35 and 99 mg kg-1 for As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn, respectively. After 24 hours of time contact between deionized water and sediments, contaminant release of metals was very low (ca. <0.7 total mass %, for all studied elements) due to low solubility of the bearing solid phases (organic matter, carbonates and sulfides), while Mo and B were widely released. After 48 hours, Cd, As, Mo and B release was higher while more significant but no clear differences for other metal appeared

p3^3VAE: a physics-integrated generative model. Application to the semantic segmentation of optical remote sensing images

The combination of machine learning models with physical models is a recent research path to learn robust data representations. In this paper, we introduce p$^3$VAE, a generative model that integrates a perfect physical model which partially explains the true underlying factors of variation in the data. To fully leverage our hybrid design, we propose a semi-supervised optimization procedure and an inference scheme that comes along meaningful uncertainty estimates. We apply p$^3$VAE to the semantic segmentation of high-resolution hyperspectral remote sensing images. Our experiments on a simulated data set demonstrated the benefits of our hybrid model against conventional machine learning models in terms of extrapolation capabilities and interpretability. In particular, we show that p$^3$VAE naturally has high disentanglement capabilities. Our code and data have been made publicly available at https://github.com/Romain3Ch216/p3VAE.Comment: 21 pages, 11 figures, submitted to the International Journal of Computer Visio

Dynamique des contaminants inorganiques dans les sédiments de dragage (rôle spécifique de la matière organique naturelle)

La gestion au long terme des sédiments de dragage contaminés soulève le problème du devenir des éléments potentiellement toxiques contenus dans ces matrices. Les paramètres physicochimiques influencent la spéciation et la distribution des contaminants sur les différentes phases porteuses organiques ou minérales, ainsi lors de la gestion à terre des sédiments la modification de facteurs tels que l aération, les cycles d humectation/séchage et l activité bactérienne va influencer les paramètres physico-chimiques et donc la spéciation des contaminants. Afin de préciser les mécanismes responsables de la mobilité des éléments potentiellement toxiques et d estimer l acceptabilité environnementale des sédiments de dragage en scénario de valorisation (p. ex. butte paysagère, remblai ou sous couche routière), l étude a été axée sur trois principales étapes :I établir la caractérisation totale des sédiments (granulométrie, minéralogie, teneur en eau, composition de la phase solide, composition de l eau interstitielle) et évaluer selon des procédures normaliséesl influence de facteurs (pH, L/S, température ) sur la lixiviation des éléments et sur les mécanismes géochimiques mpliqués ; II développer un jeu de paramètres d entrée pour le code géochimique ORCHESTRA selon des procédures normalisées (quantification des phases porteuses les plus réactives : argiles, carbonates, oxy-hydroxydes de fer ou d aluminium et matière organique - acide fulviques et humiques) ; III modéliser et prédire les courbes de solubilité des éléments décrites lors des tests normalisés issus de l étape (i) par l intermédiaire du jeu de paramètres d entrée défini dans l étape II. Les tests de lixiviation et la réalisation de modèles sont des approches complémentaires, indispensables pour appréhender et préciser les mécanismes contrôlant la mobilité et la rétention des éléments. Les modélisations des tests de lixiviation dynamique en colonne sont très sensibles aux variations des paramètres d entrée, c est pourquoi les modèles pour les éléments majeurs doivent être le plus adéquats possible. En général, les prédictions pour Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4, Cu, Cr, MoO4 2- , Pb et Zn ont été proches des données expérimentales, ce qui a indiqué que les processus majoritaires contrôlant la solubilité des éléments ont été pris en compte. Par contre, les prédictions pour Ni et As n ont pas été satisfaisantes, montrant que certains processus de rétention restent encore inconnus et qu ils ne sont pas pris en compte par la base de données MINETEQ2A. Pour mieux décrire le comportement d'As, il semblerait intéressant d intégrer, dans le module NiCA-Donan, la complexation potentielle d'As par la MON.The long-term management of contaminated dredged sediments raises the problem of the fate of the potentially toxic element contained in these matrixes. The physico-chemical parameters influence the speciation and distribution of contaminants between organic or inorganic bearing phases, and the terrestrial management of sediment induces the modification of factors such as oxydation, wetting / drying cycles or bacterial activity that will influence the physico-chemical parameters and thus the contaminant speciation. In order to identify the main mechanisms responsible for the mobility ofpotentially toxic elements and to estimate the environmental acceptability of dredged sediment in valuation scenario (as hill landscape, road fill or undercoat), the study was organized following three main steps I characterizing the sediment (particle size, mineralogy, moisture content, solid phase and pore water composition) and evaluating factors (pH, L / S, temperature ...) that control the leaching of elements, according to standardized procedures, II developing a set of input parameters for the geochemical code ORCHESTRA according to standardized procedures (quantification of the most reactive carrier phases : clays, carbonates, oxyhydroxides of iron or aluminum and organic matter - fulvic and humic acid) III modeling and predicting the solubility curves of the elements described in the standardized tests from step (i) using the set of input parameters defined in step (ii). Leaching tests and implementation models are complementary approaches that are necessary to understand the mechanisms controlling the mobility and retention of elements. Modeling of column dynamic leaching tests is very sensitive to changes in input parameters, so the model for the major elements should be as adequate as possible. The obtained predictions for Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4 2-, Cu, Cr, MoO4 2-, Pb and Zn were close to the experimental data, which indicates that the main processes controlling the solubility of elements were taken into account. The predictions for Ni and As, however, were not satisfactory, showing that some retention processes are still unknown or were not taken into account by the database MINETEQ2A. A better description of As behavior would require to include inAs complexation by the MON in the module Nica-Donan.TOULON-Bibliotheque electronique (830629901) / SudocSudocFranceF

«La relation de limitation et d’exception dans le français d’aujourd’hui : excepté, sauf et hormis comme pivots d’une relation algébrique »

L’analyse des emplois prépositionnels et des emplois conjonctifs d’ “excepté”, de “sauf” et d’ “hormis” permet d’envisager les trois prépositions/conjonctions comme le pivot d’un binôme, comme la plaque tournante d’une structure bipolaire. Placées au milieu du binôme, ces prépositions sont forcées par leur sémantisme originaire dûment métaphorisé de jouer le rôle de marqueurs d’inconséquence systématique entre l’élément se trouvant à leur gauche et celui qui se trouve à leur droite. L’opposition qui surgit entre les deux éléments n’est donc pas une incompatibilité naturelle, intrinsèque, mais extrinsèque, induite. Dans la plupart des cas (emplois limitatifs), cette opposition prend la forme d’un rapport entre une « classe » et le « membre (soustrait) de la classe », ou bien entre un « tout » et une « partie » ; dans d’autres (emplois exceptifs), cette opposition se manifeste au contraire comme une attaque de front portée par un « tout » à un autre « tout ». De plus, l’inconséquence induite mise en place par la préposition/conjonction paraît, en principe, tout à fait insurmontable. Dans l’assertion « les écureuils vivent partout, sauf en Australie » (que l’on peut expliciter par « Les écureuils vivent partout, sauf [qu’ils ne vivent pas] en Australie »), la préposition semble en effet capable d’impliquer le prédicat principal avec signe inverti, et de bâtir sur une telle implication une sorte de sous énoncé qui, à la rigueur, est totalement inconséquent avec celui qui le précède (si « les écureuils ne vivent pas en Australie », le fait qu’ils « vivent partout » est faux). Néanmoins, l’analyse montre qu’alors que certaines de ces oppositions peuvent enfin être dépassées, d’autres ne le peuvent pas. C’est, respectivement, le cas des relations limitatives et des relations exceptives. La relation limitative, impliquant le rapport « tout » - « partie », permet de résoudre le conflit dans les termes d’une somme algébrique entre deux sous énoncés pourvus de différent poids informatif et de signe contraire. Les valeurs numériques des termes de la somme étant déséquilibrées, le résultat est toujours autre que zéro. La relation exceptive, au contraire, qui n’implique pas le rapport « tout » - « partie », n’est pas capable de résoudre le conflit entre deux sous énoncés pourvus du même poids informatif et en même temps de signe contraire : les valeurs numériques des termes de la somme étant symétriques et égales, le résultat sera toujours équivalent à zéro

Dynamique des contaminants inorganiques dans les sédiments de dragage : rôle spécifique de la matière organique naturelle

The long-term management of contaminated dredged sediments raises the problem of the fate of the potentially toxic element contained in these matrixes. The physico-chemical parameters influence the speciation and distribution of contaminants between organic or inorganic bearing phases, and the terrestrial management of sediment induces the modification of factors such as oxydation, wetting / drying cycles or bacterial activity that will influence the physico-chemical parameters and thus the contaminant speciation. In order to identify the main mechanisms responsible for the mobility ofpotentially toxic elements and to estimate the environmental acceptability of dredged sediment in valuation scenario (as hill landscape, road fill or undercoat), the study was organized following three main steps I characterizing the sediment (particle size, mineralogy, moisture content, solid phase and pore water composition) and evaluating factors (pH, L / S, temperature ...) that control the leaching of elements, according to standardized procedures, II developing a set of input parameters for the geochemical code ORCHESTRA according to standardized procedures (quantification of the most reactive carrier phases : clays, carbonates, oxyhydroxides of iron or aluminum and organic matter - fulvic and humic acid) III modeling and predicting the solubility curves of the elements described in the standardized tests from step (i) using the set of input parameters defined in step (ii). Leaching tests and implementation models are complementary approaches that are necessary to understand the mechanisms controlling the mobility and retention of elements. Modeling of column dynamic leaching tests is very sensitive to changes in input parameters, so the model for the major elements should be as adequate as possible. The obtained predictions for Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4 2-, Cu, Cr, MoO4 2-, Pb and Zn were close to the experimental data, which indicates that the main processes controlling the solubility of elements were taken into account. The predictions for Ni and As, however, were not satisfactory, showing that some retention processes are still unknown or were not taken into account by the database MINETEQ2A. A better description of As behavior would require to include inAs complexation by the MON in the module Nica-Donan.La gestion au long terme des sédiments de dragage contaminés soulève le problème du devenir des éléments potentiellement toxiques contenus dans ces matrices. Les paramètres physicochimiques influencent la spéciation et la distribution des contaminants sur les différentes phases porteuses organiques ou minérales, ainsi lors de la gestion à terre des sédiments la modification de facteurs tels que l’aération, les cycles d’humectation/séchage et l’activité bactérienne va influencer les paramètres physico-chimiques et donc la spéciation des contaminants. Afin de préciser les mécanismes responsables de la mobilité des éléments potentiellement toxiques et d’estimer l’acceptabilité environnementale des sédiments de dragage en scénario de valorisation (p. ex. butte paysagère, remblai ou sous couche routière), l’étude a été axée sur trois principales étapes :I établir la caractérisation totale des sédiments (granulométrie, minéralogie, teneur en eau, composition de la phase solide, composition de l’eau interstitielle) et évaluer selon des procédures normaliséesl’influence de facteurs (pH, L/S, température…) sur la lixiviation des éléments et sur les mécanismes géochimiques mpliqués ; II développer un jeu de paramètres d’entrée pour le code géochimique ORCHESTRA selon des procédures normalisées (quantification des phases porteuses les plus réactives : argiles, carbonates, oxy-hydroxydes de fer ou d’aluminium et matière organique - acide fulviques et humiques) ; III modéliser et prédire les courbes de solubilité des éléments décrites lors des tests normalisés issus de l’étape (i) par l’intermédiaire du jeu de paramètres d’entrée défini dans l’étape II. Les tests de lixiviation et la réalisation de modèles sont des approches complémentaires, indispensables pour appréhender et préciser les mécanismes contrôlant la mobilité et la rétention des éléments. Les modélisations des tests de lixiviation dynamique en colonne sont très sensibles aux variations des paramètres d’entrée, c’est pourquoi les modèles pour les éléments majeurs doivent être le plus adéquats possible. En général, les prédictions pour Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4, Cu, Cr, MoO4 2- , Pb et Zn ont été proches des données expérimentales, ce qui a indiqué que les processus majoritaires contrôlant la solubilité des éléments ont été pris en compte. Par contre, les prédictions pour Ni et As n’ont pas été satisfaisantes, montrant que certains processus de rétention restent encore inconnus et qu’ils ne sont pas pris en compte par la base de données MINETEQ2A. Pour mieux décrire le comportement d'As, il semblerait intéressant d’intégrer, dans le module NiCA-Donan, la complexation potentielle d'As par la MON

Dynamics of inorganic contaminants in dredged sediments : specific role of natural organic matter

La gestion au long terme des sédiments de dragage contaminés soulève le problème du devenir des éléments potentiellement toxiques contenus dans ces matrices. Les paramètres physicochimiques influencent la spéciation et la distribution des contaminants sur les différentes phases porteuses organiques ou minérales, ainsi lors de la gestion à terre des sédiments la modification de facteurs tels que l’aération, les cycles d’humectation/séchage et l’activité bactérienne va influencer les paramètres physico-chimiques et donc la spéciation des contaminants. Afin de préciser les mécanismes responsables de la mobilité des éléments potentiellement toxiques et d’estimer l’acceptabilité environnementale des sédiments de dragage en scénario de valorisation (p. ex. butte paysagère, remblai ou sous couche routière), l’étude a été axée sur trois principales étapes :I établir la caractérisation totale des sédiments (granulométrie, minéralogie, teneur en eau, composition de la phase solide, composition de l’eau interstitielle) et évaluer selon des procédures normaliséesl’influence de facteurs (pH, L/S, température…) sur la lixiviation des éléments et sur les mécanismes géochimiques mpliqués ; II développer un jeu de paramètres d’entrée pour le code géochimique ORCHESTRA selon des procédures normalisées (quantification des phases porteuses les plus réactives : argiles, carbonates, oxy-hydroxydes de fer ou d’aluminium et matière organique - acide fulviques et humiques) ; III modéliser et prédire les courbes de solubilité des éléments décrites lors des tests normalisés issus de l’étape (i) par l’intermédiaire du jeu de paramètres d’entrée défini dans l’étape II. Les tests de lixiviation et la réalisation de modèles sont des approches complémentaires, indispensables pour appréhender et préciser les mécanismes contrôlant la mobilité et la rétention des éléments. Les modélisations des tests de lixiviation dynamique en colonne sont très sensibles aux variations des paramètres d’entrée, c’est pourquoi les modèles pour les éléments majeurs doivent être le plus adéquats possible. En général, les prédictions pour Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4, Cu, Cr, MoO4 2- , Pb et Zn ont été proches des données expérimentales, ce qui a indiqué que les processus majoritaires contrôlant la solubilité des éléments ont été pris en compte. Par contre, les prédictions pour Ni et As n’ont pas été satisfaisantes, montrant que certains processus de rétention restent encore inconnus et qu’ils ne sont pas pris en compte par la base de données MINETEQ2A. Pour mieux décrire le comportement d'As, il semblerait intéressant d’intégrer, dans le module NiCA-Donan, la complexation potentielle d'As par la MON.The long-term management of contaminated dredged sediments raises the problem of the fate of the potentially toxic element contained in these matrixes. The physico-chemical parameters influence the speciation and distribution of contaminants between organic or inorganic bearing phases, and the terrestrial management of sediment induces the modification of factors such as oxydation, wetting / drying cycles or bacterial activity that will influence the physico-chemical parameters and thus the contaminant speciation. In order to identify the main mechanisms responsible for the mobility ofpotentially toxic elements and to estimate the environmental acceptability of dredged sediment in valuation scenario (as hill landscape, road fill or undercoat), the study was organized following three main steps I characterizing the sediment (particle size, mineralogy, moisture content, solid phase and pore water composition) and evaluating factors (pH, L / S, temperature ...) that control the leaching of elements, according to standardized procedures, II developing a set of input parameters for the geochemical code ORCHESTRA according to standardized procedures (quantification of the most reactive carrier phases : clays, carbonates, oxyhydroxides of iron or aluminum and organic matter - fulvic and humic acid) III modeling and predicting the solubility curves of the elements described in the standardized tests from step (i) using the set of input parameters defined in step (ii). Leaching tests and implementation models are complementary approaches that are necessary to understand the mechanisms controlling the mobility and retention of elements. Modeling of column dynamic leaching tests is very sensitive to changes in input parameters, so the model for the major elements should be as adequate as possible. The obtained predictions for Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4 2-, Cu, Cr, MoO4 2-, Pb and Zn were close to the experimental data, which indicates that the main processes controlling the solubility of elements were taken into account. The predictions for Ni and As, however, were not satisfactory, showing that some retention processes are still unknown or were not taken into account by the database MINETEQ2A. A better description of As behavior would require to include inAs complexation by the MON in the module Nica-Donan

Selective extraction of PAHs from a sediment with structural preservation of Natural Organic Matter

International audienceSelective extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) without structural modification of the Natural Organic Matter (NOM) from a heavily contaminated sediment was investigated using various solvents mixtures. Structural modification of the NOM was monitored after extraction using 3D-fluorescence spectroscopy. Better results were obtained with a 15-h PAH extraction under reflux with a dichloromethane/cyclohexane 20/80 mixture. The experimental procedure was validated with NOM standard materials before to be applied on natural sediments. It could be applied to any environmental solid sample such as sediments and soils

fMRI functional connectivity estimators robust to region size bias

International audienceAnalysis of interactions in the brain in terms of functional resting-state networks has yielded fundamental results in neuroscience. The first step in such analyses of functional connectivity typically involves computing correlations between brain regions. In this paper, we show theoretical results explaining why brain region sizes bias correlation estimators, and propose three new estimators to correct for region size in- fluence. We show experimental results on both synthetic and real fMRI data and discuss the influence of noise and intra-regional correlation on the robustness of the estimators. The bootstrap-based estimator of correlations emerges as the preferred choice