Simulation and Control of Saltwater Intrusion Through Numerical and Physical Modeling Techniques

Simulation and control of saltwater intrusion based on hydrodynamic dispersion has been investigated through numerical and physical modeling techniques. In the mathematical formulation, two equations were derived one for water flow and the other for solute transport that were coupled through Darcy's velocity and concentration. In the numerical model formulation, Galerkin finite element approach was applied for deriving the element matrix equation through quadrilateral elements. To save memory and computation time, a pointer matrix was used to avoid storage of most of the zeros in the resulting sparse matrix. The developed model was an efficient and a rather general one such that the aquifer can be of any types with different boundary conditions and unlimited number of sources and sinks. For model verification, Henry's problem was used to compare the model results with previous studies that applied constant and velocity-dependent dispersion coefficient. The comparison showed a good agreement between the proposed model and the previous ones. Also, for simulation of saltwater intrusion the computed isochlor contours for the physical model were in good agreement with the experimental ones By using the sandbox model and other apparatuses, the average values of porosity, hydraulic conductivity, dispersion coefficient, and saltwater density were found to be 0.36, 0.0855 cm/s, 14.34, 10-2 cm2/s, and 1027. 5 kglm3 respectively. These parameters were used in the numerical simulation. Saltwater intrusion was simulated experimentally using the physical model under steady and unsteady state conditions through the measurement of the sodium chloride distribution in the aquifer. According to physical simulation, the intruded length was changed from 48 cm at steady state to 79 cm at the end of 90 minutes from the steady state during which the freshwater head was changed every 30 minutes by 0.5 cm from 50 cm to 48.5 cm

Vers des thermodurcissables bio-sourcés : polybenzoxazines à partir de cardanol et composites à base de dialdéhyde cellulose

To reduce the use of finite petroleum-based resources, interest has grown regarding the valorization of renewable resources in chemistry. The work presented in this thesis focused on two bio-based resources: plant oil and lignocellulosic biomass, for the preparation of greener thermoset materials. The first part discussed about polybenzoxazine thermosets. The bio-based content was gradually increased through substitution of petro-based phenol by bio-based cardanol. Cardanol is a natural phenolic derivative extracted from the cashew nutshell liquid. A first study focused on the effect of this aliphatic side chain and how it can tune the reactivity and the final thermo-mechanical properties of the materials. In the following study the reactivity of polymerization of di-phenol monomer was investigated using advanced isoconversional analyses and thermo-mechanical analyses for a better understanding of the polymerization reaction. The second part discussed about the preparation of fully bio-based composites using modified cellulose microfibrils (MFC). Poly(furfuryl alcohol) (PFA) is a bio-based matrix obtained after polymerization of furfruyl alcohol (FA) with maleic anhydride, both obtained from HMF. The PFA properties can be modified by the introduction of cellulose as a filler. MFC was modified by oxidation to lead to reactive dialdehyde functions. By varying the degree of oxidation (DO), the properties of different composites were studied to determine the most adequate DO for the better PFA/MFC compatibility and the most adequate PFA/MFC ratio. Finally, the last study of this thesis focused on the concept of “all cellulose composites” (ACC), and particularly how to reduce the moisture sensitivity of these materials. Two different furanic compounds were used as cross-linkers to increase the hydrophobicity: a first compound with one furan ring and a second with two furan rings.L’utilisation et la valorisation de ressources renouvelables dans le domaine de la chimie connait un intérêt grandissant pour remplacer les ressources fossiles. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse est axé sur deux ressources bio-sourcées utilisées pour la préparation de thermodurcissables bio-sourcés : huile végétale et biomasse lignocellulosique. La première partie concerne les polybenzoxazines. A partir d’un monomère à base de phénol, le caractère bio-sourcé est progressivement augmenté par substitution du phenol par du cardanol. Le cardanol est un dérivé phénolique bio-sourcé extrait de l’huile de coque de noix de cajou. Une première étude se concentre sur les effets apportés par cette chaine alkyle sur la réactivité et les propriétés finales du matériau. Par la suite, la réaction de polymérisation du composé de référence est évaluée par des études cinétiques, corrélées aux analyses thermo-mécaniques pour une meilleure compréhension de la réaction de polymérisation. La seconde partie de cette thèse se concentre sur la préparation de composites totalement bio-sourcés, avec des microfibrilles de cellulose (MFC) modifiées pour obtenir des dialdehyde cellulose (DAC). Le poly(alcool furfruylique) (PFA) est une matrice bio-sourcée polymérisée à partir d’alcool furfurylique (FA) et d’anhydride maléique, tous deux obtenus à partir du HMF. Les propriétés du PFA peuvent être modifiées en y incorporant un renfort, tel que la cellulose. La modification de MFC par oxydation génère des fonctions aldéhydes réactives qui améliorent la compatibilité avec la matrice. Cette étude compare différents composites préparés à partir de MFC oxydée à différents DO pour déterminer quel DO entraine une meilleure compatibilité. Pour finir, des matériaux préparés à partir d’une unique source de cellulose, les « all cellulose composites », ont fait l’objet de la dernière étude. Deux différents renforts furaniques ont été utilisés pour contrer les problèmes de sensibilité à l’humidité de la cellulose, et donc augmenter l’hydrophobicité

Publishing machine actionable reproducible scholarly knowledge

Scientific research faces many challenges related to the credibility of published results. In essence, there is typically not enough documentation on how experiments are conducted and data is generated. Thus, increasing the reliability of articles through reproducibility will improve the quality of the published scientific literature and others better reliable results. This thesis describes today's problem of the research literature related to non-reproducibility and unstructured data such as weak experiments designs, errors, data dredging and under-specified methods. We suggest a variety of solutions to resolve these problems through linking machine readability with the reproducibility of the information in academic papers. We use therefore a knowledge platform which provides reproducibility on one side and on the other side another platform that ensures the machine actionability of data. Then, we build an integration between them and test it on a selected use case article. After establishing the integration, we obtained, as a result, a reproducible article described in machine-actionable and structured manner. Thereafter, we created a solution that allow every reader to switch between the static and dynamic (reproducible and machine-readable) form of the article. This thesis discusses the benefits and limitations of these observed results and emphasizes the future alternatives

Molecular simulation of aqueous electrolytes in nanoporous carbons : blue energy and water desalination

Lors du mélange de l'eau douce des rivières avec l'eau salée de la mer, une quantité considérable d'énergie est dissipée. Plusieurs procédés sont actuellement à l'étude pour parvenir à exploiter cette énergie bleue (Blue Energy). Inversement, la désalinisation de l'eau de mer pour la production d'eau potable nécessite de très grandes quantités d'énergie. Depuis la proposition en 2009 d'une nouvelle approche pour parvenir à ces objectifs, grâce à des cycles thermodynamiques reposant sur la charge/décharge d'électrodes à forte/faible concentration en sel, expérimentateurs et ingénieurs ont essayé d'améliorer le procédé. Dans ce contexte, l'utilisation d'électrodes nanoporeuses de carbone semble une piste très prometteuse. Un défi de taille reste à relever pour déterminer les quantités pertinentes (capacité électrique et quantité de sel adsorbé en fonction de la composition de l'électrolyte et de sa concentration). En effet, les modèles traditionnels (Poisson-Boltzmann, etc) ne peuvent pas être utilisés dans ce cas où les interactions au niveau moléculaire jouent un rôle essentiel. Nous surmontons cette difficulté grâce aux simulations de dynamique moléculaire, qui permettent également de comprendre les mécanismes microscopiques à l'origine des propriétés observées. Nous étudions également l'influence de la structure microporeuse de l'électrode de carbone ainsi que l'effet de la nature du sel chimique.When fresh river water mixes with salty sea water, a large amount of energy is lost. Conversely, the desalination of seawater for the production of drinking water requires very large amounts of energy. A new approach has been proposed in 2009 to harvest this "blue energy", thanks to the charge/discharge of electrodes in electrolytes with high/low salt concentration. The use of nanoporous carbon electrodes seems promising, but the traditional models (such as Poisson-Boltzmann) used to determine the relevant quantities do not apply in this case where molecular interactions play an essential role. We overcome this difficulty by performing molecular dynamics simulations of nanoporous carbon electrodes in the presence of an aqueous electrolyte. We evaluate the electrical capacity and the amount of ions adsorbed inside the electrodes as a function of the electrolyte composition and its concentration. In addition, these simulations allow us to understand the microscopic mechanisms leading to the storage of the charge, the effect of the structure of the carbon electrode, the salt concentration in the electrolyte and the chemical nature of the salt

Towards greener thermosets : cardanol-based polybenzoxazines and dialdehyde cellulose based composites

L’utilisation et la valorisation de ressources renouvelables dans le domaine de la chimie connait un intérêt grandissant pour remplacer les ressources fossiles. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse est axé sur deux ressources bio-sourcées utilisées pour la préparation de thermodurcissables bio-sourcés : huile végétale et biomasse lignocellulosique. La première partie concerne les polybenzoxazines. A partir d’un monomère à base de phénol, le caractère bio-sourcé est progressivement augmenté par substitution du phenol par du cardanol. Le cardanol est un dérivé phénolique bio-sourcé extrait de l’huile de coque de noix de cajou. Une première étude se concentre sur les effets apportés par cette chaine alkyle sur la réactivité et les propriétés finales du matériau. Par la suite, la réaction de polymérisation du composé de référence est évaluée par des études cinétiques, corrélées aux analyses thermo-mécaniques pour une meilleure compréhension de la réaction de polymérisation. La seconde partie de cette thèse se concentre sur la préparation de composites totalement bio-sourcés, avec des microfibrilles de cellulose (MFC) modifiées pour obtenir des dialdehyde cellulose (DAC). Le poly(alcool furfruylique) (PFA) est une matrice bio-sourcée polymérisée à partir d’alcool furfurylique (FA) et d’anhydride maléique, tous deux obtenus à partir du HMF. Les propriétés du PFA peuvent être modifiées en y incorporant un renfort, tel que la cellulose. La modification de MFC par oxydation génère des fonctions aldéhydes réactives qui améliorent la compatibilité avec la matrice. Cette étude compare différents composites préparés à partir de MFC oxydée à différents DO pour déterminer quel DO entraine une meilleure compatibilité. Pour finir, des matériaux préparés à partir d’une unique source de cellulose, les « all cellulose composites », ont fait l’objet de la dernière étude. Deux différents renforts furaniques ont été utilisés pour contrer les problèmes de sensibilité à l’humidité de la cellulose, et donc augmenter l’hydrophobicité.To reduce the use of finite petroleum-based resources, interest has grown regarding the valorization of renewable resources in chemistry. The work presented in this thesis focused on two bio-based resources: plant oil and lignocellulosic biomass, for the preparation of greener thermoset materials. The first part discussed about polybenzoxazine thermosets. The bio-based content was gradually increased through substitution of petro-based phenol by bio-based cardanol. Cardanol is a natural phenolic derivative extracted from the cashew nutshell liquid. A first study focused on the effect of this aliphatic side chain and how it can tune the reactivity and the final thermo-mechanical properties of the materials. In the following study the reactivity of polymerization of di-phenol monomer was investigated using advanced isoconversional analyses and thermo-mechanical analyses for a better understanding of the polymerization reaction. The second part discussed about the preparation of fully bio-based composites using modified cellulose microfibrils (MFC). Poly(furfuryl alcohol) (PFA) is a bio-based matrix obtained after polymerization of furfruyl alcohol (FA) with maleic anhydride, both obtained from HMF. The PFA properties can be modified by the introduction of cellulose as a filler. MFC was modified by oxidation to lead to reactive dialdehyde functions. By varying the degree of oxidation (DO), the properties of different composites were studied to determine the most adequate DO for the better PFA/MFC compatibility and the most adequate PFA/MFC ratio. Finally, the last study of this thesis focused on the concept of “all cellulose composites” (ACC), and particularly how to reduce the moisture sensitivity of these materials. Two different furanic compounds were used as cross-linkers to increase the hydrophobicity: a first compound with one furan ring and a second with two furan rings

Simulation moléculaire d'électrolytes aqueux dans les carbones nanoporeux : Energie bleue et désalinisation de l'eau

When fresh river water mixes with salty sea water, a large amount of energy is lost. Conversely, the desalination of seawater for the production of drinking water requires very large amounts of energy. A new approach has been proposed in 2009 to harvest this "blue energy", thanks to the charge/discharge of electrodes in electrolytes with high/low salt concentration. The use of nanoporous carbon electrodes seems promising, but the traditional models (such as Poisson-Boltzmann) used to determine the relevant quantities do not apply in this case where molecular interactions play an essential role. We overcome this difficulty by performing molecular dynamics simulations of nanoporous carbon electrodes in the presence of an aqueous electrolyte. We evaluate the electrical capacity and the amount of ions adsorbed inside the electrodes as a function of the electrolyte composition and its concentration. In addition, these simulations allow us to understand the microscopic mechanisms leading to the storage of the charge, the effect of the structure of the carbon electrode, the salt concentration in the electrolyte and the chemical nature of the salt.Lors du mélange de l'eau douce des rivières avec l'eau salée de la mer, une quantité considérable d'énergie est dissipée. Plusieurs procédés sont actuellement à l'étude pour parvenir à exploiter cette énergie bleue (Blue Energy). Inversement, la désalinisation de l'eau de mer pour la production d'eau potable nécessite de très grandes quantités d'énergie. Depuis la proposition en 2009 d'une nouvelle approche pour parvenir à ces objectifs, grâce à des cycles thermodynamiques reposant sur la charge/décharge d'électrodes à forte/faible concentration en sel, expérimentateurs et ingénieurs ont essayé d'améliorer le procédé. Dans ce contexte, l'utilisation d'électrodes nanoporeuses de carbone semble une piste très prometteuse. Un défi de taille reste à relever pour déterminer les quantités pertinentes (capacité électrique et quantité de sel adsorbé en fonction de la composition de l'électrolyte et de sa concentration). En effet, les modèles traditionnels (Poisson-Boltzmann, etc) ne peuvent pas être utilisés dans ce cas où les interactions au niveau moléculaire jouent un rôle essentiel. Nous surmontons cette difficulté grâce aux simulations de dynamique moléculaire, qui permettent également de comprendre les mécanismes microscopiques à l'origine des propriétés observées. Nous étudions également l'influence de la structure microporeuse de l'électrode de carbone ainsi que l'effet de la nature du sel chimique

Simulation moléculaire d'électrolytes aqueux dans les carbones nanoporeux : énergie bleue et désalinisation de l'eau

When fresh river water mixes with salty sea water, a large amount of energy is lost. Conversely, the desalination of seawater for the production of drinking water requires very large amounts of energy. A new approach has been proposed in 2009 to harvest this "blue energy", thanks to the charge/discharge of electrodes in electrolytes with high/low salt concentration. The use of nanoporous carbon electrodes seems promising, but the traditional models (such as Poisson-Boltzmann) used to determine the relevant quantities do not apply in this case where molecular interactions play an essential role. We overcome this difficulty by performing molecular dynamics simulations of nanoporous carbon electrodes in the presence of an aqueous electrolyte. We evaluate the electrical capacity and the amount of ions adsorbed inside the electrodes as a function of the electrolyte composition and its concentration. In addition, these simulations allow us to understand the microscopic mechanisms leading to the storage of the charge, the effect of the structure of the carbon electrode, the salt concentration in the electrolyte and the chemical nature of the salt.Lors du mélange de l'eau douce des rivières avec l'eau salée de la mer, une quantité considérable d'énergie est dissipée. Plusieurs procédés sont actuellement à l'étude pour parvenir à exploiter cette énergie bleue (Blue Energy). Inversement, la désalinisation de l'eau de mer pour la production d'eau potable nécessite de très grandes quantités d'énergie. Depuis la proposition en 2009 d'une nouvelle approche pour parvenir à ces objectifs, grâce à des cycles thermodynamiques reposant sur la charge/décharge d'électrodes à forte/faible concentration en sel, expérimentateurs et ingénieurs ont essayé d'améliorer le procédé. Dans ce contexte, l'utilisation d'électrodes nanoporeuses de carbone semble une piste très prometteuse. Un défi de taille reste à relever pour déterminer les quantités pertinentes (capacité électrique et quantité de sel adsorbé en fonction de la composition de l'électrolyte et de sa concentration). En effet, les modèles traditionnels (Poisson-Boltzmann, etc) ne peuvent pas être utilisés dans ce cas où les interactions au niveau moléculaire jouent un rôle essentiel. Nous surmontons cette difficulté grâce aux simulations de dynamique moléculaire, qui permettent également de comprendre les mécanismes microscopiques à l'origine des propriétés observées. Nous étudions également l'influence de la structure microporeuse de l'électrode de carbone ainsi que l'effet de la nature du sel chimique

Does integrated building information modelling support construction supply chains? A systematic review of theories, methods and actors

Building information modelling (BIM) and supply chain management (SCM) both aim to integrate data to enhance construction efficiency. While BIM holds transformative potential, current research mainly focuses on individual supply chain actors. This study aims to evaluate BIM/SCM literature, categorise research methods and theoretical lenses, identify insights for diverse supply chain actors, and propose future research directions. Through a systematic literature review (SLR), 56 relevant published studies were identified and analysed. Findings reveal that 17 studies explicitly used theoretical lenses. Most studies employed case studies and mixed methods, with a focus on individual actors. This suggests that BIM-supply chain research is still evolving, emphasising the need for further research to understand BIM adoption across the whole supply chain as one system. The study's originality lies in systematically analysing BIM-supply chain interfaces, providing a unique perspective on research methods, theoretical frameworks, and supply chain actors, which can guide future research

Progressive substitution of phenol by a bio-based analogue for the preparation of polybenzoxazines thermosets

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