GPGPU computation and visualization of three-dimensional cellular automata

This paper presents a general-purpose simulation approach integrating a set of technological developments and algorithmic methods in cellular automata (CA) domain. The approach provides a general-purpose computing on graphics processor units (GPGPU) implementation for computing and multiple rendering of any direct-neighbor three-dimensional (3D) CA. The major contributions of this paper are: the CA processing and the visualization of large 3D matrices computed in real time; the proposal of an original method to encode and transmit large CA functions to the graphics processor units in real time; and clarification of the notion of top-down and bottom-up approaches to CA that non-CA experts often confuse. Additionally a practical technique to simplify the finding of CA functions is implemented using a 3D symmetric configuration on an interactive user interface with simultaneous inside and surface visualizations. The interactive user interface allows for testing the system with different project ideas and serves as a test bed for performance evaluation. To illustrate the flexibility of the proposed method, visual outputs from diverse areas are demonstrated. Computational performance data are also provided to demonstrate the method's efficiency. Results indicate that when large matrices are processed, computations using GPU are two to three hundred times faster than the identical algorithms using CP

GPGPU computation and visualization of three-dimensional cellular automata

This paper presents a general-purpose simulation approach integrating a set of technological developments and algorithmic methods in cellular automata (CA) domain. The approach provides a general-purpose computing on graphics processor units (GPGPU) implementation for computing and multiple rendering of any direct-neighbor three-dimensional (3D) CA. The major contributions of this paper are: the CA processing and the visualization of large 3D matrices computed in real time; the proposal of an original method to encode and transmit large CA functions to the graphics processor units in real time; and clarification of the notion of top-down and bottom-up approaches to CA that non-CA experts often confuse. Additionally a practical technique to simplify the finding of CA functions is implemented using a 3D symmetric configuration on an interactive user interface with simultaneous inside and surface visualizations. The interactive user interface allows for testing the system with different project ideas and serves as a test bed for performance evaluation. To illustrate the flexibility of the proposed method, visual outputs from diverse areas are demonstrated. Computational performance data are also provided to demonstrate the method’s efficiency. Results indicate that when large matrices are processed, computations using GPU are two to three hundred times faster than the identical algorithms using CPU

Efficacité des traitements disponibles pour lutter contre les pucerons de la betterave: Avis de l’Anses Rapport d’expertise collective

Anses. (2021). Efficacité des traitements alternatifs aux néonicotinoïdes pour lutter contre les pucerons de la betterave. (saisine 2020-SA-0102). Maisons-Alfort : Anses, 137 p.Les pucerons, notamment Aphis fabae et Myzus persicae, sont très nuisibles pour les cultures de betteraves du fait de leur capacité à transmettre les virus responsables des jaunisses de la betterave. Jusqu’en 2018, la protection phytosanitaire était assurée par le traitement systématique des semences avec des substances actives de la famille des néonicotinoïdes (imidaclopride ou thiaméthoxam seuls, ou imadaclopride associé à la téfluthrine de la famille des pyréthrinoïdes), dont l’effet systémique permettait d’assurer une protection efficace jusqu’à la fin de la période à risques, sans qu’il soit besoin de procéder ultérieurement à un traitement des parties aériennes de la plante. Cependant, l’interdiction des néonicotinoïdes au 1er septembre 2018 instaurée par la Loi n°2016-1087 du 8 août 2016 pour la reconquête de la biodiversité, de la nature et des paysages a mis fin à cette possibilité d’usage.Dans son évaluation du 7 mai 2018 « mettant en balance les risques et les bénéfices relatifs à d’autres produits phytopharmaceutiques autorisés ou des méthodes non chimiques de prévention ou de lutte pour les usages autorisés en France des produits phytopharmaceutiques comportant des néonicotinoïdes » réalisée conformément à l’article L. 253-8 du Code rural et de la pêche maritime, l’Anses a recensé les alternatives disponibles au début de l’année 2018 et a calculé des indicateurs de risques et d’efficacité. Selon ce bilan, les alternatives phytopharmaceutiques aux néonicotinoïdes pour le traitement des pucerons de la betterave reposaient exclusivement sur le traitement foliaire avec une substance insecticide de la famille des pyréthrinoïdes, associée le cas échéant au pirimicarbe (famille des carbamates). En ce qui concerne les autres méthodes de lutte potentielles recensées, elles reposaient sur des microorganismes (champignons entomopathogènes), des médiateurs chimiques (issus de composés organiques volatils végétaux), la génétique avec le recours à des variétés résistantes au virus de la jaunisse de la betterave BWYV ou aux pucerons des espèces M. persicae ou A. fabae, les méthodes culturales (bandes fleuries, réduction de la profondeur et de la fréquence des labours, paillage naturel, cultures intercalaires, etc.) et la stimulation des défenses des plantes (apports d’azote et de soufre, biostimulants, etc.). Aucune méthode physique n’a été recensée. Sur cette base, aucune dérogation interministérielle n’avait été octroyée pour l’usage de néonicotinoïdes vis-à-vis des pucerons de la betterave. En 2020, la forte pression de populations de pucerons et la forte pression parasitaire qui en a résulté a conduit à l’octroi d’une dérogation au titre de l’article 53 du règlement 1107/2009 pour autoriser 3 applications foliaires d’un produit insecticide à base de spirotétramate. Cette dérogation permet au besoin de compléter les traitements déjà autorisés, notamment le recours à un produit à base de flonicamide, rendu possible dès le stade 2 feuilles par décision de l’Anses du 29 avril 20201. Pour faire face à une telle situation phytosanitaire en 2021 et pour répondre à la demande des acteurs de la filière de la betterave sucrière, une loi2 a été votée le 14 décembre 2020 pour permettre l’utilisation dérogatoire des produits phytopharmaceutiques à base de néonicotinoïdes pour la culture de betterave. Les semences de betterave traitées avec des produits phytopharmaceutiques à base de néonicotinoïdes (imidaclopride ou thiaméthoxame) pourront être utilisées, après reconduction de la dérogation, jusqu’en 2023 au plus tard

Avis de l’Anses Rapport d’expertise collective

Les pucerons, notamment Aphis fabae et Myzus persicae, sont très nuisibles pour les cultures de betteraves du fait de leur capacité à transmettre les virus responsables des jaunisses de la betterave. Jusqu’en 2018, la protection phytosanitaire était assurée par le traitement systématique des semences avec des substances actives de la famille des néonicotinoïdes (imidaclopride ou thiaméthoxam seuls, ou imadaclopride associé à la téfluthrine de la famille des pyréthrinoïdes), dont l’effet systémique permettait d’assurer une protection efficace jusqu’à la fin de la période à risques, sans qu’il soit besoin de procéder ultérieurement à un traitement des parties aériennes de la plante. Cependant, l’interdiction des néonicotinoïdes au 1er septembre 2018 instaurée par la Loi n°2016-1087 du 8 août 2016 pour la reconquête de la biodiversité, de la nature et des paysages a mis fin à cette possibilité d’usage.Dans son évaluation du 7 mai 2018 « mettant en balance les risques et les bénéfices relatifs à d’autres produits phytopharmaceutiques autorisés ou des méthodes non chimiques de prévention ou de lutte pour les usages autorisés en France des produits phytopharmaceutiques comportant des néonicotinoïdes » réalisée conformément à l’article L. 253-8 du Code rural et de la pêche maritime, l’Anses a recensé les alternatives disponibles au début de l’année 2018 et a calculé des indicateurs de risques et d’efficacité. Selon ce bilan, les alternatives phytopharmaceutiques aux néonicotinoïdes pour le traitement des pucerons de la betterave reposaient exclusivement sur le traitement foliaire avec une substance insecticide de la famille des pyréthrinoïdes, associée le cas échéant au pirimicarbe (famille des carbamates). En ce qui concerne les autres méthodes de lutte potentielles recensées, elles reposaient sur des microorganismes (champignons entomopathogènes), des médiateurs chimiques (issus de composés organiques volatils végétaux), la génétique avec le recours à des variétés résistantes au virus de la jaunisse de la betterave BWYV ou aux pucerons des espèces M. persicae ou A. fabae, les méthodes culturales (bandes fleuries, réduction de la profondeur et de la fréquence des labours, paillage naturel, cultures intercalaires, etc.) et la stimulation des défenses des plantes (apports d’azote et de soufre, biostimulants, etc.). Aucune méthode physique n’a été recensée. Sur cette base, aucune dérogation interministérielle n’avait été octroyée pour l’usage de néonicotinoïdes vis-à-vis des pucerons de la betterave. En 2020, la forte pression de populations de pucerons et la forte pression parasitaire qui en a résulté a conduit à l’octroi d’une dérogation au titre de l’article 53 du règlement 1107/2009 pour autoriser 3 applications foliaires d’un produit insecticide à base de spirotétramate. Cette dérogation permet au besoin de compléter les traitements déjà autorisés, notamment le recours à un produit à base de flonicamide, rendu possible dès le stade 2 feuilles par décision de l’Anses du 29 avril 20201. Pour faire face à une telle situation phytosanitaire en 2021 et pour répondre à la demande des acteurs de la filière de la betterave sucrière, une loi2 a été votée le 14 décembre 2020 pour permettre l’utilisation dérogatoire des produits phytopharmaceutiques à base de néonicotinoïdes pour la culture de betterave. Les semences de betterave traitées avec des produits phytopharmaceutiques à base de néonicotinoïdes (imidaclopride ou thiaméthoxame) pourront être utilisées, après reconduction de la dérogation, jusqu’en 2023 au plus tard.Afin d’anticiper au mieux les difficultés qui pourraient être de nouveau rencontrées en 2021 et accélérer les travaux de recherche et de développement dans les directions les plus prometteuses, il est demandé d’actualiser le bilan comparatif effectué en 2018 sur la base des options actuellement disponibles aux niveaux national et européen.A cette fin, il est demandé de :1) Faire une synthèse des recherches en cours et des données scientifiques et techniques disponibles dans les différents domaines (pour développer des méthodes de lutte chimiques, physiques, génétiques, avec des microorganismes ou des macroorganismes, des pratiques culturales, des médiateurs chimiques ou des stimulateurs de défenses des plantes) ;2) Faire des recommandations sur les besoins et les perspectives à court et moyen terme

Producing sugar beets without neonicotinoids: An evaluation of alternatives for the management of viruses-transmitting aphids

International audienceNeonicotinoid insecticides have made possible, for three decades, to protect sugar beet crops against aphids and the viruses they transmit. However, they have been accused of reducing biodiversity, leading the European Union to ban the use of neonicotinoid-coated seeds. The requests for exemptions of use, submitted annually by different member states, might soon no longer be granted. Here, we performed a comprehensive analysis of the available alternatives to neonicotinoids for aphid control in sugar beets, following the PICO framework. The abstracts of 3878 references were consulted to evaluate alternative control methods. Of these, we selected 301 scientific publications, keeping only those which provided indications of treatment efficacy against sugar beet aphids. We identified 75 control strategies (products or methods) as possible alternatives to neonicotinoids. Each control strategy was evaluated based on four criteria: efficacy, durability, applicability and practicability. Using these criteria, we highlight 20 methods or products that have both potential as alternative to neonicotinoids and whose short-term use is feasible. These alternative methods include five synthetic and three natural insecticides, two entomopathogenic fungi, two arthropod natural enemies, organic and mineral oils, two plant defense elicitors, three farming practices and the potential of resistant varieties. Most of them provide important, but arguably insufficient, control of aphids if used alone. However, most of them appear to be complementary and compatible with each other. Therefore, integrating strategies will be needed to maintain beet yields while limiting unintended effects on environment and biodiversity

Heavily doped Si-nanocrystals formed in P-(SiO/SiO2) multilayers: a novel route to infrared Si-based plasmonics

As building blocks of novel multifunctional materials involving coupling at the nanoscale, highly doped semiconductor nanocrystals are of great interest for potential applications in nanophotonics. In this work, we investigate the plasmonic properties of highly doped Si nanocrystals embedded in a silica matrix. These materials are obtained by evaporation of heavily Phosphorus-doped SiO/SiO2 multilayers in a ultrahigh vacuum chamber followed by rapid thermal annealing. For P contents between 0.7 and 1.9 at%, structural investigations at the nanoscale give clear evidence that P atoms are mainly located in the core of Si nanocrystals with concentrations reaching up to 10 at%, i.e. well beyond the solid solubility limit of P in bulk Si. Alloying and formation of SiP nanoparticles is observed for P contents exceeding 4 at% in the multilayer. Infrared absorption measurements give evidence of a localized surface plasmon resonance located in the 3 to 6 µm range. A core-shell structure was used to model Si nanocrystals embedded in a silica matrix. Based on the Mie theory and the Drude model, both the mobility and the free charge carrier density were extracted from the simulation, with values reaching 27 cm2V-1s-1 and 2.3×1020 cm-3, respectively. This results in a dopant activation rate of about 8 %

Heavily doped Si-nanocrystals formed in P-(SiO/SiO2) multilayers: a novel route to infrared Si-based plasmonics

As building blocks of novel multifunctional materials involving coupling at the nanoscale, highly doped semiconductor nanocrystals are of great interest for potential applications in nanophotonics. In this work, we investigate the plasmonic properties of highly doped Si nanocrystals embedded in a silica matrix. These materials are obtained by evaporation of heavily Phosphorus-doped SiO/SiO2 multilayers in a ultrahigh vacuum chamber followed by rapid thermal annealing. For P contents between 0.7 and 1.9 at%, structural investigations at the nanoscale give clear evidence that P atoms are mainly located in the core of Si nanocrystals with concentrations reaching up to 10 at%, i.e. well beyond the solid solubility limit of P in bulk Si. Alloying and formation of SiP nanoparticles is observed for P contents exceeding 4 at% in the multilayer. Infrared absorption measurements give evidence of a localized surface plasmon resonance located in the 3 to 6 µm range. A core-shell structure was used to model Si nanocrystals embedded in a silica matrix. Based on the Mie theory and the Drude model, both the mobility and the free charge carrier density were extracted from the simulation, with values reaching 27 cm2V-1s-1 and 2.3×1020 cm-3, respectively. This results in a dopant activation rate of about 8 %

Heavily doped Si-nanocrystals formed in P-(SiO/SiO2) multilayers: a novel route to infrared Si-based plasmonics

As building blocks of novel multifunctional materials involving coupling at the nanoscale, highly doped semiconductor nanocrystals are of great interest for potential applications in nanophotonics. In this work, we investigate the plasmonic properties of highly doped Si nanocrystals embedded in a silica matrix. These materials are obtained by evaporation of heavily Phosphorus-doped SiO/SiO2 multilayers in a ultrahigh vacuum chamber followed by rapid thermal annealing. For P contents between 0.7 and 1.9 at%, structural investigations at the nanoscale give clear evidence that P atoms are mainly located in the core of Si nanocrystals with concentrations reaching up to 10 at%, i.e. well beyond the solid solubility limit of P in bulk Si. Alloying and formation of SiP nanoparticles is observed for P contents exceeding 4 at% in the multilayer. Infrared absorption measurements give evidence of a localized surface plasmon resonance located in the 3 to 6 µm range. A core-shell structure was used to model Si nanocrystals embedded in a silica matrix. Based on the Mie theory and the Drude model, both the mobility and the free charge carrier density were extracted from the simulation, with values reaching 27 cm2V-1s-1 and 2.3×1020 cm-3, respectively. This results in a dopant activation rate of about 8 %

Heavily doped Si-nanocrystals formed in P-(SiO/SiO2) multilayers: a novel route to infrared Si-based plasmonics

As building blocks of novel multifunctional materials involving coupling at the nanoscale, highly doped semiconductor nanocrystals are of great interest for potential applications in nanophotonics. In this work, we investigate the plasmonic properties of highly doped Si nanocrystals embedded in a silica matrix. These materials are obtained by evaporation of heavily Phosphorus-doped SiO/SiO2 multilayers in a ultrahigh vacuum chamber followed by rapid thermal annealing. For P contents between 0.7 and 1.9 at%, structural investigations at the nanoscale give clear evidence that P atoms are mainly located in the core of Si nanocrystals with concentrations reaching up to 10 at%, i.e. well beyond the solid solubility limit of P in bulk Si. Alloying and formation of SiP nanoparticles is observed for P contents exceeding 4 at% in the multilayer. Infrared absorption measurements give evidence of a localized surface plasmon resonance located in the 3 to 6 µm range. A core-shell structure was used to model Si nanocrystals embedded in a silica matrix. Based on the Mie theory and the Drude model, both the mobility and the free charge carrier density were extracted from the simulation, with values reaching 27 cm2V-1s-1 and 2.3×1020 cm-3, respectively. This results in a dopant activation rate of about 8 %