Highlights from the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is the world's largest cosmic ray observatory. Our current exposure reaches nearly 40,000 km$^2$ str and provides us with an unprecedented quality data set. The performance and stability of the detectors and their enhancements are described. Data analyses have led to a number of major breakthroughs. Among these we discuss the energy spectrum and the searches for large-scale anisotropies. We present analyses of our X$_{max}$ data and show how it can be interpreted in terms of mass composition. We also describe some new analyses that extract mass sensitive parameters from the 100% duty cycle SD data. A coherent interpretation of all these recent results opens new directions. The consequences regarding the cosmic ray composition and the properties of UHECR sources are briefly discussed.Comment: 9 pages, 12 figures, talk given at the 33rd International Cosmic Ray Conference, Rio de Janeiro 201

Measurement of the cosmic ray spectrum above 4×10184{\times}10^{18} eV using inclined events detected with the Pierre Auger Observatory

A measurement of the cosmic-ray spectrum for energies exceeding $4{\times}10^{18}$ eV is presented, which is based on the analysis of showers with zenith angles greater than $60^{\circ}$ detected with the Pierre Auger Observatory between 1 January 2004 and 31 December 2013. The measured spectrum confirms a flux suppression at the highest energies. Above $5.3{\times}10^{18}$ eV, the "ankle", the flux can be described by a power law $E^{-\gamma}$ with index $\gamma=2.70 \pm 0.02 \,\text{(stat)} \pm 0.1\,\text{(sys)}$ followed by a smooth suppression region. For the energy ($E_\text{s}$) at which the spectral flux has fallen to one-half of its extrapolated value in the absence of suppression, we find $E_\text{s}=(5.12\pm0.25\,\text{(stat)}^{+1.0}_{-1.2}\,\text{(sys)}){\times}10^{19}$ eV.Comment: Replaced with published version. Added journal reference and DO

Energy Estimation of Cosmic Rays with the Engineering Radio Array of the Pierre Auger Observatory

The Auger Engineering Radio Array (AERA) is part of the Pierre Auger Observatory and is used to detect the radio emission of cosmic-ray air showers. These observations are compared to the data of the surface detector stations of the Observatory, which provide well-calibrated information on the cosmic-ray energies and arrival directions. The response of the radio stations in the 30 to 80 MHz regime has been thoroughly calibrated to enable the reconstruction of the incoming electric field. For the latter, the energy deposit per area is determined from the radio pulses at each observer position and is interpolated using a two-dimensional function that takes into account signal asymmetries due to interference between the geomagnetic and charge-excess emission components. The spatial integral over the signal distribution gives a direct measurement of the energy transferred from the primary cosmic ray into radio emission in the AERA frequency range. We measure 15.8 MeV of radiation energy for a 1 EeV air shower arriving perpendicularly to the geomagnetic field. This radiation energy -- corrected for geometrical effects -- is used as a cosmic-ray energy estimator. Performing an absolute energy calibration against the surface-detector information, we observe that this radio-energy estimator scales quadratically with the cosmic-ray energy as expected for coherent emission. We find an energy resolution of the radio reconstruction of 22% for the data set and 17% for a high-quality subset containing only events with at least five radio stations with signal.Comment: Replaced with published version. Added journal reference and DO

Measurement of the Radiation Energy in the Radio Signal of Extensive Air Showers as a Universal Estimator of Cosmic-Ray Energy

We measure the energy emitted by extensive air showers in the form of radio emission in the frequency range from 30 to 80 MHz. Exploiting the accurate energy scale of the Pierre Auger Observatory, we obtain a radiation energy of 15.8 \pm 0.7 (stat) \pm 6.7 (sys) MeV for cosmic rays with an energy of 1 EeV arriving perpendicularly to a geomagnetic field of 0.24 G, scaling quadratically with the cosmic-ray energy. A comparison with predictions from state-of-the-art first-principle calculations shows agreement with our measurement. The radiation energy provides direct access to the calorimetric energy in the electromagnetic cascade of extensive air showers. Comparison with our result thus allows the direct calibration of any cosmic-ray radio detector against the well-established energy scale of the Pierre Auger Observatory.Comment: Replaced with published version. Added journal reference and DOI. Supplemental material in the ancillary file

Crop pests and predators exhibit inconsistent responses to surrounding landscape composition

The idea that noncrop habitat enhances pest control and represents a win–win opportunity to conserve biodiversity and bolster yields has emerged as an agroecological paradigm. However, while noncrop habitat in landscapes surrounding farms sometimes benefits pest predators, natural enemy responses remain heterogeneous across studies and effects on pests are inconclusive. The observed heterogeneity in species responses to noncrop habitat may be biological in origin or could result from variation in how habitat and biocontrol are measured. Here, we use a pest-control database encompassing 132 studies and 6,759 sites worldwide to model natural enemy and pest abundances, predation rates, and crop damage as a function of landscape composition. Our results showed that although landscape composition explained significant variation within studies, pest and enemy abundances, predation rates, crop damage, and yields each exhibited different responses across studies, sometimes increasing and sometimes decreasing in landscapes with more noncrop habitat but overall showing no consistent trend. Thus, models that used landscape-composition variables to predict pest-control dynamics demonstrated little potential to explain variation across studies, though prediction did improve when comparing studies with similar crop and landscape features. Overall, our work shows that surrounding noncrop habitat does not consistently improve pest management, meaning habitat conservation may bolster production in some systems and depress yields in others. Future efforts to develop tools that inform farmers when habitat conservation truly represents a win–win would benefit from increased understanding of how landscape effects are modulated by local farm management and the biology of pests and their enemies

Développement et analyse d'un système de climatisation par absorption adapté à l'automobile, analyse des transferts de chaleur et de masse couplés

La climatisation par absorption est un système de production de froid tritherme énergétiquement intéressant. La compression mécanique intervenant au sein des systèmes classiques à compression de vapeur (premier poste de consommation énergétique) est remplacée par une compression dite thermochimique nécessitant un apport de chaleur important. Dans le cas d'une application automobile il est possible de faire fonctionner le système grâce aux pertes thermiques du moteur. La climatisation par absorption est à l'étude au sein du service R&D du fabricant d'automobiles PSA Peugeot Citroën depuis une décennie. L'innovation majeure de PSA concerne l évaporateur/absorbeur : un nouveau système basé sur le confinement du réfrigérant et de la solution absorbante à l'intérieur de structures capillaires a été breveté. Ce nouveau système a pour but d'éviter le mélange intempestif des fluides. L'analyse expérimentale de cet évaporateur/absorbeur a montré que la puissance frigorifique est limitée par le phénomène d'absorption. Il a été prouvé que l'effet frigorifique produit par le système est égal à un tiers de l'effet maximal qui pourrait théoriquement être réalisé. Un modèle simple de la zone d'absorption est proposé, il fournit une ligne directrice pour améliorer la conception du composant. Une revue de la littérature a montré que les modèles d'absorption sont basés sur des hypothèses dont la fiabilité n'est pas évidente. Aussi, la plupart des auteurs considèrent que les propriétés thermophysiques sont constantes. Cette hypothèse a été étudiée dans le cas simple de l'absorption statique. La modélisation des transferts simultanés de chaleur et de masse au sein de la solution absorbante nécessite de prendre en compte l'augmentation de volume de cette dernière. Les équations régissant les transferts ont été résolues par la méthode des volumes finis, sur un maillage dynamique. Deux procédures pour la déformation du maillage ont été mises en oeuvre et comparées. Les résultats numériques ont été comparés aux résultats expérimentaux obtenus sur un banc développé dans le cadre de ce travail et aux données expérimentales issues de la littérature. Enfin, l'impact des gaz incondensables sur le taux d'absorption a été étudié numériquement et expérimentalement, dans le cas de l'absorption statique. Cette étude a permis de confirmer les phénomènes à l'origine de la diminution du taux d'absorption. Cependant, l'effet de la gravité sur l'impact des gaz incondensables n'a pas pu être clarifié avec certitude.Automotive air conditioning systems are based on the vapour compression cycle that requires mechanical energy for its operation. This mechanical energy is provided by the engine, which engenders year-averaged fuel extra consumptions, and thereby extra pollutant emissions, of the order of 5 %. Absorption cooling technology is of interest as this system could be driven by the engine waste heat.The absorption air conditioning technology has been under the scope of the R&D services of the french manufacturer PSA Peugeot Citroën for a decade. PSA's major innovation concerns the evaporator/absorber: a new system based on the confinement inside capillary structures of refrigerant and absorbent falling films has been patented. This new layout aims at avoiding unwanted mixing of the fluids. Experimental analysis of this original component has shown that the refrigerating effect is limited by the absorption phenomenon. It was proved that the refrigerating effect produced by the system is equal to one third of the maximal effect that could be achieved. A simple model of the absorption part has been proposed. It provides a guideline to improve the design of the component. A literature review has revealed that the absorption models are based on assumptions whose reliability is not obvious. Especially, most of the authors assume that the thermophysical properties are constant. The impact of this assumption has been clarified in the simple case of pool absorption. Modeling the simultaneous heat and mass transfer that takes place in the liquid absorbent requires to account for the increase of the liquid volume. This was achieved by means of a finite-volume treatment of the governing equations over a dynamic grid. Two procedures for the grid deformation have been implemented and compared. The numerical results have been compared to experimental results obtained on a bench developed on purpose and to experimental data from the literature. Finally, the impact of the non-absorbable gases on the absorption rate has been investigated numerically and experimentally, in the pool absorption case. This study enabled to confirm the phenomena at the origin of the decrease of the absorption rate. However, we could not clarify with certainty the importance of gravity-driven flows in the vapour phase, in the presence of non-absorbable gases.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Etude théorique et expérimentale d'échangeurs géothermiques hélicoïdaux (Production de chaud et de froid par pompe à chaleur, et dimensionnement d'installations)

Cette thèse de doctorat a pour objet l'étude d'échangeurs géothermiques hélicoïdaux implantés dans le proche sous-sol. Ces objets font partie de la famille des échangeurs géothermiques compacts, et sont une alternative aux sondes verticales et aux nappes horizontales plus couramment utilisées pour chauffer et rafraîchir des bâtiments (géothermie sèche, très basse enthalpie). L'étude à la fois théorique et expérimentale de ces échangeurs mène à différents modèles, numériques comme analytiques, permettant de prévoir le comportement en température du sous-sol comme du fluide caloporteur. Des résultats de simulation intégrant le couplage aux bâtiments sont présentés, et des outils logiciels ont été créés pour aider au dimensionnement d'installations. De surcroît, un "test de réponse thermique" adapté à ces échangeurs a été développé, afin de permettre d'estimer les propriétés thermiques moyennes du sous-sol et la résistance thermique liée à l'installation de l'échangeur. Enfin, des conseils pratiques sont donnés, dont le but est d'obtenir les températures d'utilisation les mieux adaptées aux pompes à chaleur, et en conséquence d'améliorer les coefficients de performance du système.This thesis consists in a study of geothermal helical heat exchangers buried in the close underground. These objects belong to the compact exchangers kind and may be used instead of borehole heat exchanger or geothermal horizontal exchangers to cope with the needs in heating and cooling buildings with a heat pump. A theoretical and experimental study of these exchangers leads to numerical and analytical models which can be used to estimate the temperatures in the underground and in the exchanger over years. Results of simulations including a building are given, and softwares were developed to help with the sizing of installations. Moreover, a specific "thermal response test" for helical heat exchangers was developed, in order to estimate the mean thermal properties of the underground and the thermal resistance between the heat transfer fluid and the underground. At least, practical advices are given, which goal is to get more valuable temperatures at the heat pump and as a consequence better coefficients of performance of the geothermal system.CHAMBERY -BU Bourget (730512101) / SudocSudocFranceF

Etude expérimentale de l'ébullition naturelle confinée (analyse des instabilités et des transferts thermiques)

Cette étude à caractère expérimental porte sur les transferts thermiques et les instabilités thermohydrauliques en présence d ébullition naturelle confinée du pentane à saturation entre deux plaques planes verticales parallèles, dont les côtés latéraux sont ouverts ou fermés. L influence de divers paramètres tels que l épaisseur du canal, la hauteur chauffée, le rapport d aspect et les conditions d entrée est étudiée. La structure diphasique des écoulements en présence est analysée à l aide de visualisations par caméra rapide. L évolution spatiotemporelle des vitesses des interfaces liquide/vapeur est déterminée par analyse d images. Les débits de liquide sont comparés aux mesures réalisées par fil chaud. Des régimes d ébullition stationnaires ou pulsés se développent suivant la densité de flux imposée et l épaisseur du canal. Les régimes d ébullition observés séparément dans de nombreuses études expérimentales (régime de bulles isolées, régimes de bulles coalescées et assèchement partiel) se succèdent au sein d un même cycle d instabilités. Les fréquences des cycles dépendent sensiblement de l épaisseur du canal et de la densité de flux imposée. Les cartographies des instabilités, fonctions du flux réduit et du nombre de Bond, dépendent des conditions périphériques. Les temps caractéristiques des cycles instationnaires montrent la prépondérance du temps d expansion du mélange diphasique par rapport au temps d alimentation. Concernant les transferts thermiques, à bas flux, pour des épaisseurs du canal inférieures à la longueur capillaire, le confinement de l écoulement s accompagne d une intensification des échanges thermiques par r apport à l ébullition libre. En régime d ébullition développée, les transferts thermiques sont quasiment homogènes sur la totalité de la surface chauffée. A fort flux, les transferts thermiques se dégradent en raison de l augmentation du taux de vide et de l assèchement partiel ou total de la surface d échange, qui a pour conséquence un fort abaissement de la densité de flux critique.This experimental study concerns heat transfer and unsteady thermo-hydraulic behavior of confined pool boiling for saturated pentane vertical narrow space between two parallel plates. The affects of the gap size, the heated length, the aspect ratio, and the inlet conditions are studied. The two-phase flow structure is analyzed using a high speed video camera. Steady or unsteady boiling flow develops along the cannel depending on the imposed heat flux and the gap size. The cycle frequency depends on the gap size, the heat flux and the in le conditions. The velocity of the liquid/vapor interfaces is determined using image processing. The mass flow rates deduced on this processing are compared to the ones measured by hot wire anemometry. The analysis of the unsteady cycles shows that the du ration of the two-phase flow expansion is higher than the liquid inflow duration. For law heat flux, when the gap size becomes smaller than the capillary length, heat transfer enhancement occurs. For high heat flux, temporary dryout occurs, reduces heat transfer and leads to a decrease of the critical heat flux.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Review of small-capacity single-stage continuous absorption systems operating on binary working fluids for cooling: Theoretical, experimental and commercial cycles

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