Wec parameters optimization by genetic algorithm method

This study presents a method for parameters optimization for a floating wave energy converter (WEC) device. The considered floating WEC, a multi-body articulated system, consists of two cylinders connected with a flat plate. The connections between the parts of the WEC allow the rotational movements of cylinders and of the plate and the entire system perform translational movements. This study focuses on the case of two-dimensional movements of the WEC due to the action of waves which propagate perpendicular to the axis of the cylinders. The pressure and the viscous forces acting on the wetted surfaces of the cylinders are modeled by the Morison force equation [10], to which are added Archimedes and gravity forces. The Newton laws written for the multi-body articulated system, whose movements have five degrees of freedom, result in a system of five nonlinear second-order differential equations which is solved numerically by a fourth order Runge-Kutta method [11]. The results show the effects of various parameters as the radius of the cylinders, the length of the relating plate, the coefficients of the power take off device, and the wave characteristics on the efficiency of the wave energy converter. To optimize these parameters values, we use a genetic algorithm method [7] for determination of optimal values. The first test of the method is an optimization of the power recovery coefficients for fixed values of geometric WEC parameters and of the wave characteristics. Thereafter, the genetic algorithm method is used to optimize various WEC parameters

Critical Field Strength in an Electroclinic Liquid Crystal Elastomer

We elucidate the polymer dynamics of a liquid crystal elastomer based on the time-dependent response of the pendent liquid crystal mesogens. The molecular tilt and switching time of mesogens are analyzed as a function of temperature and cross-linking density upon application of an electric field. We observe an unexpected maximum in the switching time of the liquid crystal mesogens at intermediate field strength. Analysis of the molecular tilt over multiple time regimes correlates the maximum response time with a transition to entangled polymer dynamics at a critical field strength.Comment: 4 pages, 3 figure

On Brane Inflation Potentials and Black Hole Attractors

We propose a new potential in brane inflation theory, which is given by the arctangent of the square of the scalar field. Then we perform an explicit computation for inflationary quantities. This potential has many nice features. In the small field approximation, it reproduces the chaotic and MSSM potentials. It allows one, in the large field approximation, to implement the attractor mechanism for bulk black holes where the geometry on the brane is de Sitter. In particular, we show, up to some assumptions, that the Friedman equation can be reinterpreted as a Schwarzschild black hole attractor equation for its mass parameter.Comment: 12 pages. Reference updated and minor changes added. Version to appear in Int. J. Mod. Phys.

Strain Analysis of a Chiral Smectic A Elastomer

We present a detailed analysis of the molecular packing of a strained liquid crystal elastomer composed of chiral mesogens in the smectic A phase. X-ray diffraction patterns of the elastomer collected over a range of orientations with respect to the X-ray beam were used to reconstruct the three-dimensional scattering intensity as a function of tensile strain. For the first time, we show that the smectic domain order is preserved in these strained elastomers. Changes in the intensity within a given scattering plane are due to reorientation, and not loss, of the molecular order in directions orthogonal to the applied strain. Incorporating the physical parameters of the elastomer, a nonlinear elastic model is presented to describe the rotation of the smectic-layered domains under strain, thus providing a fundamental analysis to the mechanical response of these unique materials.Comment: 28 Page

Recent colonization of the Galápagos by the tree Geoffroea spinosa Jacq. (Leguminosae)

This study puts together genetic data and an approximate bayesian computation (ABC) approach to infer the time at which the tree Geoffroea spinosa colonized the Galápagos Islands. The genetic diversity and differentiation between Peru and Galápagos population samples, estimated using three chloroplast spacers and six microsatellite loci, reveal significant differences between two mainland regions separated by the Andes mountains (Inter Andean vs. Pacific Coast) as well as a significant genetic differentiation of island populations. Microsatellites identify two distinct geographical clusters, the Galápagos and the mainland, and chloroplast markers show a private haplotype in the Galápagos. The nuclear distinctiveness of the Inter Andean populations suggests current restricted pollen flow, but chloroplast points to cross-Andean dispersals via seeds, indicating that the Andes might not be an effective biogeographical barrier. The ABC analyses clearly point to the colonization of the Galápagos within the last 160 000 years and possibly as recently as 4750 years ago (475 generations). Founder events associated with colonization of the two islands where the species occurs are detected, with Española having been colonized after Floreana. We discuss two nonmutually exclusive possibilities for the colonization of the Galápagos, recent natural dispersal vs. human introduction.Fil: Caetano S.. No especifíca;Fil: Currat M.. Universidad de Ginebra; SuizaFil: Pennington, R. T.. Royal Botanic Gardens; Reino UnidoFil: Prado, Darien Eros. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Biología. Cátedra de Botánica Morfológica y Sistemática Agronómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; ArgentinaFil: Excoffier L.. University of Bern; SuizaFil: Naciri, Y.. No especifíca

Changes in land-use and their impact on erosion rates and overland flow generation in the Maghreb region

Les zones marginales du Maghreb subissent actuellement de rapides changements au niveau des types d'usage des sols. L'augmentation de la pression démographique au cours des dernières décennies a poussé leur population à intensifier leur système traditionnel d'agro-sylvo-pastoralisme et à adopter des pratiques de gestion des sols non traditionnelles (LAOUINA, 1999). Il est possible de distinguer trois grands types de changements d'usage des sols aux causes et aux conséquences se révèlent étroitement liées menant à une augmentation de la dégradation des sols et de l'érosion :1. La mise en culture de sols jusqu'alors considérés comme non arables (lithosols pauvres sur pentes escarpées), à l'origine uniquement consacrés aux activités de pâturage et de sylviculture. Le labour est réalisé généralement dans le sens de la pente ; il est en plus mécanisé, partout où la pente le permet.2. Le surpâturage des zones de maquis. Il résulte d'une part de l'augmentation du nombre de têtes de bétail et, d'autre part, de la réduction de la surface réservée à l'activité de pâturage conséquente à la reconversion de ces terres en zones de culture. (MIKESELL, 1960).3. La plantation d'espèces à croissance rapide telles que les eucalyptus et les pins. L'extension de ce type de plantation se fait aux dépens des plantations de chênes liège et des zones de maquis (NAFAA et al., 2000). Elle a pour origine une tentative d'approvisionnement en bois et en combustible des populations locales.De ces changements d'usage de sol résultent une augmentation de l'érosion du sol et la dégradation des terres, comme décrit par LAOUINA (1990, 1998), LAOUINA et al. (1993), HAMZA (1994), et COELHO et al. (2002), menant pour les cas extrêmes à la formation de ravines et de " badlands ". La dégradation des terres peut souvent être considérée comme le résultat direct de l'abandon des pratiques traditionnelles de gestion durable (LAOUINA et al., 1993).Cet article présente les implications, l'érosion et le ruissellement superficiel des changements d'usage de sol survenus dans les zones marginales de la région du Maghreb. Une hiérarchisation des différents niveaux de pression sur le sol sera également établie pour trois différents usages (pâturage, sylviculture et agriculture).La méthodologie utilisée établit, pour chaque usage du sol, une description de la couverture végétale et de la litière sur des transects de 25 m. Les caractéristiques d'humidité du sol, de ruissellement superficiel et de taux d'érosion ont été déterminées par le biais d'une série d'expériences de simulation de pluie (CERDA et al., 1997). Le simulateur de pluie est constitué d'un diffuseur placé à une hauteur de 2 m capable de produire une intensité de pluie spatialement homogène de 50,5 mm/h sur une surface au sol de 1 m2. Une structure métallique circulaire délimitant une surface expérimentale de 0,24 m2 est insérée dans le sol. À l'intérieur de cette surface, une sonde de mesure de l'humidité du sol " Theta probe " est installée jusqu'à une profondeur de 6 cm. Les mesures de ruissellement superficiel et d'humidité du sol sont effectuées toutes les minutes. Cinq échantillons d'eau de ruissellement superficiel sont recueillis pour permettre la détermination de l'évolution de la charge en sédiment. Chaque simulation a une durée totale de 60 minutes.Après chaque simulation, un échantillon de sol est prélevé afin de déterminer au laboratoire, par un granulomètre " Coulter LS Particle Size Analyser ", la texture du sol de la fraction inférieure à 2 mm. La teneur en matière organique est déterminée par calcination à 550 ºC durant 120 mn. La détermination de la résistance du sol à la pénétration et à la torsion est réalisée par 20 tests effectués autour de la parcelle à l'aide d'un pénétromètre et d'un " torvane ". L'analyse du couvert végétal indique que les peuplements d'espèces exotiques présentent des sous-strates végétales significativement plus faibles que les peuplements de chêne liège. Ceci s'explique par le labour précédant la plantation et la production de litière plus faible des peuplements d'eucalyptus en zone semi-aride.Les zones de pâturage présentent un large éventail de couverture végétale variant de 0 à 80 %. Les résultats relatifs aux " badlands " ont été obtenus dans une zone de pâturage incluant à la fois des zones de prairie avec une couverture atteignant 80 % et des zones ravinées sans aucune végétation. On observe une diminution de la couverture herbacée avec l'augmentation de la pression de pâturage.Au niveau des caractéristiques de résistance à la pénétration du sol, excepté pour les sites ayant subi un labour profond et les jachères qui présentent des valeurs plus faibles, tous les usages de sol présentent des valeurs supérieures à 2 kg?c m-3. Les " badlands " atteignent de manière homogène les valeurs les plus élevées. Les caractéristiques de résistance à la torsion du sol des peuplements forestiers, aux taux de matière organique élevés, présentent des valeurs inférieures à 0,25 kg?c m-2 en moyenne. Les surfaces labourées dont la structure du sol a été détruite atteignent les valeurs les plus faibles. Les zones de pâturage intensif sous couvert de chêne liège révèlent des valeurs de résistance à la torsion élévées. Les valeurs mesurées pour les " badlands " sont élevées mais très hétérogènes. Ce qui implique que pour certaines zones de " badlands " une grande fiabilité du sol en dépit d'un degré de compaction élevé.Concernant le ruissellement superficiel, les peuplements de chêne liège présentent des valeurs faibles, inférieures à 20%. L'augmentation de la pression de pâturage entraîne un accroissement significatif du ruissellement qui dépasse 50 % de la pluie incidente pour certains " badlands ". Les plantations d'eucalyptus présentent des taux de ruissellement supérieurs aux peuplements de chênes liège. La pratique du labour augmente la quantité de ruissellement, cependant le labour suivant les courbes de niveau semble une technique conservatrice contrairement au labour dans le sens de la pente.Les taux d'érosion les plus faibles ont mis en évidence pour les peuplements de chêne liège. La garrigue et les " badlands " présentent des taux d'érosion à peine plus élevés malgré des ruissellements importants. Les zones de pâturage intensif sous couvert de chêne liège montrent une érosion très importante. Dans les plantations d'eucalyptus, les quantités de sédiments produites sont réduites de moitié par rapport à la production de sédiments dans les zones de surpâturage. Ce sont les zones labourées qui présentent les taux d'érosion les plus élevés. En effet, cette pratique élimine le couvert végétal et la litière et détruit la structure et la cohérence des sols. La pratique du labour dans le sens de la pente sur des versants très pentus.En conclusion, pour chaque type d'usage du sol étudié, un indice de risque d'érosion des sols a été attribué. Les plantations d'eucalyptus ont été classées comme l'usage de sol ayant les conséquences négatives les plus faibles en matière de conservation des sols et de l'eau. Par ailleurs elles permettent de réduire la surexploitation des peuplements de chênes liège. Ces plantations représentent donc une alternative tout à fait acceptable.Les zones labourées présentent les taux d'érosion des sols les plus élevés. Cependant, le sol étant travaillé régulièrement, elles ne présentent pas les structures classiques des sols dégradés par l'érosion tels que les ravines ou les " badlands ". Cependant, l'érosion est évidente et pourrait se traduire par une baisse de fertilité des sols. Pour résoudre ce problème, le recours à des associations d'agriculteurs ou au remembrement foncier permettant l'emploi de techniques plus conservatrices serait nécessaire.Le surpâturage est souvent associé à des formes très marquées d'érosion. Malgré la très bonne cohérence des sols, les capacités d'infiltration réduites qui augmentent le ruissellement superficiel, et entraînant la formation de ravines et de " badlands ". Une solution à ce problème serait d'augmenter la surface de pâturage, soit par l'élargissement des surfaces de végétation naturelle, soit par le maintien d'une surface agricole en jachère plus importante, permettant au sol de se régénérer et d'alimenter le bétail.The ongoing intensification of grazing as well as the replacement of traditional land management systems in the Maghreb has brought to the forefront the fundamental role of land-use in determining soil erosion hazard. This paper reports on erosion rates and soil hydrological characteristics of a variety of land uses in Morocco and Tunisia. The results were obtained through rainfall simulation experiments carried out in the field using a portable simulator, following the design of CERDÀ et al. (1997).Traditional land management systems - typically involving a combination of agriculture, animal husbandry and forestry - produced the least amounts of overland flow and the lowest soil erosion rates. Over-exploitation of these systems apparently has only minor hydrological and erosional impacts. Heavily grazed, degraded "maquis" shrublands, on the other hand, produced considerable amounts of overland flow. At the plot scale of the rainfall simulation experiments (0.24 m2), the corresponding sediment loads are rather insignificant. Nevertheless, slopes where "maquis" shrublands (which generally have very compacted soils) occur upslope from more erodible soils may present a major erosion hazard

Field-Dependent Tilt and Birefringence of Electroclinic Liquid Crystals: Theory and Experiment

An unresolved issue in the theory of liquid crystals is the molecular basis of the electroclinic effect in the smectic-A phase. Recent x-ray scattering experiments suggest that, in a class of siloxane-containing liquid crystals, an electric field changes a state of disordered molecular tilt in random directions into a state of ordered tilt in one direction. To investigate this issue, we measure the optical tilt and birefringence of these liquid crystals as functions of field and temperature, and we develop a theory for the distribution of molecular orientations under a field. Comparison of theory and experiment confirms that these materials have a disordered distribution of molecular tilt directions that is aligned by an electric field, giving a large electroclinic effect. It also shows that the net dipole moment of a correlated volume of molecules, a key parameter in the theory, scales as a power law near the smectic-A--smectic-C transition.Comment: 18 pages, including 9 postscript figures, uses REVTeX 3.0 and epsf.st

Advanced Large-Scale Nanofabrication Route for Ultrasensitive SERS Platforms Based on Precisely Shaped Gold Nanostructures

One of the key issues for SERS-based trace applications is engineering structurally uniform substrates with ultrasensitivity, stability, and good reproducibility. A label-free, cost-effective, and reproducible fabrication strategy of ultrasensitive SERS sensors was reported in this work. Herein, we present recent progress in self-assembly-based synthesis to elaborate precisely shaped and abundant gold nanoparticles in a large area. We demonstrated that shape control is driven by the selective adsorption of a cation (Na+, K+, and H+) on a single facet of gold nanocrystal seeds during the growth process. We studied SERS features as a function of morphology. Importantly, we found a correlation between the shape and experimental SERS enhancement factors. We observed a detection threshold of 10−20 M of bipyridine ethylene (BPE), which matches the lowest value determined in literature for BPE until now. Such novel sensing finding could be very promising for diseases and pathogen detection and opens up an avenue toward predicting which other morphologies could offer improved sensitivity. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland.Funding: This research was funded by C2MP doctoral school and FEDER “Fond Européen de Développement Regional” and “Région Grand-Est” are acknowledged for their financial support (Pronano project)

Photocatalytic oxidation of pollutants in gas-phase via Ag3PO4-based semiconductor photocatalysts: Recent progress, new trends, and future perspectives

Air pollution has become a significant challenge for both developing and developed nations. due to its close association with numerous fatal diseases such as cancer, respiratory, heart attack, and brain stroke. Over recent years, heterogeneous semiconductor photocatalysis has emerged as an effective approach to air remediation due to the ease of scale-up, ready application in the field, use of solar light and ready availability of a number of different effective photocatalysts. To date, most work in this area has been conducted using UV-absorbing photocatalysts, such as TiO2 and ZnO; However, recent studies have revealed Ag3PO4 as an attractive, visible-light-absorbing alternative, with a bandgap of 2.43 eV. In particular, this material has been shown to be an excellent photocatalyst for the removal of many types of pollutants in the gas phase. However, the widespread application of Ag3PO4 is restricted due to its tendency to undergo photoanodic corrosion and the poor reducing power of its photogenerated conductance band electrons, which are unable to reduce O2 to superoxide •O2−. These limitations are critically evaluated in this review. In addition, recent studies on the modification of Ag3PO4 via combination with the conventional heterojunctions or Z-scheme junctions, as well as the photocatalytic mechanistic pathways for enhanced gas-pollutants removal, are summarized and discussed. Finally, an overview is given on the future developments that are required in order to overcome these challenges and so stimulate further research into this promising field