Simulation numérique d'une écoulement au-dessus d'une rampe à l'aide de la méthode des frontières immergées

Nous nous proposons d’étudier numériquement une géométrie étudiée dans le cadre du GDR Contrôle des Décollements, soit une plaque plane avec une rampe descendante, avec ou sans contrôle. Des simulations sont menées en 3D à l’aide d’un code incompressible qui utilise la formulation vitesse-tourbillon des équations de Navier-Stokes. Les écoulements à haute vitesse sont pris en compte à l’aide d’un modèle de sous-maille associée à la Simulation des Grandes Echelles (LES), le modèle d'échelles mixtes. La partie solide de la géométrie est calculée par pénalisation avec une méthode aux frontières immergées. Le maillage est alors cartésien et l’écoulement à l’intérieur du solide imposé à vitesse nulle. Le calcul du vecteur tourbillon aux frontières demande un soin particulier. Le contrôle peut être activé localement à la paroi et mimer les techniques d’aspiration (ou soufflage) ou de jets synthétiques. Nous associons ici dans un nouveau code des techniques présentes au LIMSI dans deux versions de ce code 3D incompressible, soit une version utilisée précédemment à nombres de Reynolds élevés pour simuler des écoulements externes (libres ou autour d’obstacles), avec ou sans contrôle, et une seconde version utilisée pour simuler des écoulements à des nombres de Reynolds plus raisonnables autour d’obstacles calculés par méthode de pénalisation. Un cas proche de la géométrie de référence est modélisé et les premiers essais sont effectués en petit 3D avec et sans contrôle par aspiration. Les objectifs de ce contrôle sont d’une part d’influencer la topologie de la recirculation au niveau de la rampe et d’autre part de réduire la trainée. Par la suite, d'autres cas seront simulés avec des dimensions plus réalistes par rapport à l'expérience de référence et des nombres de Reynolds plus élevés

Effet de la structure du paysage, de la température et de la condition de la femelle sur la dépense maternelle de l'hirondelle bicolore (tachycineta bicolor)

La dépense parentale est la quantité de ressources qu'un parent investit dans les soins prodigués à ses rejetons. Chez les oiseaux, une grande part de la dépense maternelle est consacrée à la formation des oeufs : la taille de couvée et la masse des oeufs sont des variables importantes du succès reproducteur.La condition corporelle de la femelle (masse, taille, état de santé) ainsi que son âge peuvent avoir un effet sur la quantité de ressources qu'elle sera capable d'acquérir, alors que les variables environnementales, comme la structure du paysage environnant et les conditions météorologiques, déterminent l'abondance des ressources disponibles dans le milieu.La présente étude vise à déterminer l'impact de ces variables sur deux composantes de la dépense maternelle, soit la taille de ponte et la masse des oeufs, ainsi qu'à vérifier l'existence de compromis entre ces dernières. Pour ce faire, j'ai utilisé des données à long terme (2004-2011) sur la reproduction d'Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) nichant dans un système de 400 nichoirs. Ceux-ci sont répartis sur un vaste territoire caractérisé par un gradient agricole, donnant lieu à une variation de la qualité de l'habitat. Les femelles les plus lourdes et les plus âgées sont celles qui avaient la plus grande dépense maternelle. Elles étaient capables de pondre un plus grand nombre d'oeufs de masse plus imposante.La structure du paysage agricole n'avait qu'un impact limité sur la dépense maternelle : la taille de couvée était plus petite dans les milieux où la proportion de cultures intensives (maïs, soya et céréales) était importante, mais la masse des oeufs n'était pas affectée par les cultures environnantes. Les femelles ont pondu des oeufs plus nombreux et plus gros lorsque les températures ressenties pendant leur formation étaient plus chaudes. Quant au compromis entre la taille de couvée et la masse des oeufs, j'ai pu le révéler en prenant en compte la condition corporelle de la femelle. Ainsi, les femelles les plus massives peuvent à la fois avoir des oeufs en grand nombre et de masse importante, alors que les femelles moins massives sont soumises à un compromis entre ces deux variables. Mon étude innove par l'évaluation d'un grand nombre de variables pouvant affecter la dépense maternelle. En considérant des interactions entre la dépense maternelle avec la condition de la femelle ou avec la qualité du milieu comme je l'ai fait, il est possible d'évaluer la présence de compromis entre les variables de dépense maternelle et d'en faire ressortir leur importance

Perturbation du métabolisme osseux chez le goéland à bec cerclé fortement exposé aux retardateurs de flamme halogénés

La présence humaine sur terre est responsable de la production et du déversement de nombreuses substances, dont certaines toxiques, dans l'environnement; il s'agit là d'un fait reconnu. Que ce soit en milieu naturel ou anthropique, ces contaminants y sont retrouvés et la faune les fréquentant est donc exposée à un cocktail de contaminants pouvant mener à l'apparition d'effets néfastes observables ou non. Parmi les contaminants présents dans ces environnements, les retardateurs de flamme (FR) de type halogéné sont d'intérêt puisque plusieurs effets toxiques leur sont attribuables. Parmi ceux-ci, certains, comme leur potentiel de perturbateurs endocriniens (axes thyroïdien et gonadique), peuvent mener à des effets au niveau du tissu osseux. Comme il est connu que le métabolisme de ce tissu est régulé de façon très précise par certaines hormones (calcitonine, parathormone, hormones thyroïdiennes) et molécules (interleukines, « macrophage colony-stimulating factor » (M-CSF), vitamine D), il est donc possible que la structure ou la qualité de ce tissu en soit affectée, ce qui pourrait causer certains désavantages aux individus plus grandement atteints. Dans le cadre de cette étude, nous avons examiné les effets de l'exposition aux retardateurs de flamme halogénés sur le métabolisme osseux du goéland à bec cerclé (Larus delawarensis) nichant à proximité de la ville de Montréal (île Deslauriers). La proximité avec le centre urbain qu'est Montréal est grandement responsable de l'exposition des individus y nichant. En effet, ceux-ci consommant de grandes quantités de nourriture d'origine anthropique, ils se retrouvent donc fortement exposés aux FRs en fréquentant les lieux où ce type de nourriture est retrouvé (sites d'enfouissement technique et centres urbains). De plus, cette île est située dans le panache de l'effluent de la communauté urbaine de Montréal, ce qui peut aussi contribuer à l'exposition élevée de ces individus. Cette espèce étant considérée comme bio-indicatrice de ce milieu, les résultats obtenus pourront potentiellement être étendus à d'autres espèces qui pourraient voir leur santé affectée. Les contaminants ont été extraits des tissus sélectionnés (foie et plasma) et quantifiés par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (GC/MS). Les marqueurs biochimiques, le calcium (Ca2+) et le phosphate inorganique (PO4-) circulants ainsi que l'activité de la phosphatase alcaline, ont été mesurés à l'aide d'ensembles de colorimétrie disponibles sur le marché. Pour ce qui est des marqueurs physiques, ceux-ci ont été évalués à partir d'images obtenues par microtomographie qui ont été analysées pour permettre le calcul et l'estimation de certains paramètres du tissu osseux. Des associations négatives entre la densité minérale osseuse (corticale et trabéculaire) ainsi que le niveau de certains contaminants (ex.: BDE-154, -183, -201, -209) dans le foie ou le plasma et des associations négatives entre la BMD (corticale et trabéculaire) et la Bv/Tv (trabéculaire) et le niveau de calcium circulant ont été observées. Ces résultats nous permettent de croire que les polluants à l'étude pourraient avoir un effet, direct ou indirect, sur le métabolisme osseux du goéland à bec cerclé, et donc que le tissu osseux de ces individus serait une cible potentielle pour ces composés.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : retardateurs de flamme halogénés, polybromodiphényléthers, densité minérale osseuse, calcium, phoshate, goéland à bec cercl

Proper Orthogonal Decomposition Analysis and Modelling of the wake deviation behind a squareback Ahmed body

We investigate numerically the 3-D flow around a squareback Ahmed body at Reynolds number Re = 104. Proper Orthogonal Decomposition (POD) is applied to a symmetry-augmented database in order to describe and model the flow dynamics. Comparison with experiments at a higher Reynolds number in a plane section of the near-wake at mid-height shows that the simulation captures several features of the experimental flow, in particular the antisymmetric quasi-steady deviation mode. 3-D POD analysis allows us to classify the different physical processes in terms of mode contribution to the kinetic energy over the entire domain. It is found that the dominant fluctuating mode on the entire domain corresponds to the 3-D quasi-steady wake deviation, and that its amplitude is well estimated from 2-D near-wake data. The next most energetic flow fluctuations consist of vortex shedding and bubble pumping mechanisms. It is found that the amplitude of the deviation is negatively correlated with the intensity of the vortex shedding in the spanwise direction and the suction drag coefficient. Finally, we find that despite the slow convergence of the decomposition, a POD-based low-dimensional model reproduces the dynamics of the wake deviation observed experimentally, as well as the main characteristics of the global modes identified in the simulation

Compositional and functional trajectories of herbaceous communities after deer density control in clear-cut boreal forests

Overabundant populations of large herbivores have strong persistent effects on forest composition, structure, and function. However, the mechanism through which plant communities recover their original composition and function after herbivore management remains poorly understood. We assessed the temporal trajectories of the herbaceous communities in Abies balsamea (L.) Mill. and Picea glauca (Moench) Voss stands on Anticosti Island (Quebec, Canada) over 8 years following clear-cutting and deer management. The impact of deer exclusion or reduction to 7.5 and 15 deer·km–2 was compared with benchmark in situ deer densities (27 and 56 deer·km–2). Effects of deer management treatments on plant species and functional trait assemblages over time were assessed using principal response curves. Although complete deer exclusion seemed necessary to modify species composition from that occurring under intense browsing, a reduced density of 7.5 deer·km–2 was sufficient to induce significant changes in functional trait assemblages of regenerating stands. For instance, reduced deer densities favored plants with brightly colored flowers and compound inflorescences pollinated by animals and producing large seeds and fleshy fruits dispersed by animals. We conclude that the boreal forest's herbaceous communities are resilient to chronic browsing when deer population reduction and forest clearcutting are applied in synergy.Les populations surabondantes de grands herbivores ont des effets majeurs et persistants sur la composition, la structure et le fonctionnement de la forêt. Toutefois, le mécanisme par lequel les communautés végétales retrouvent leur composition et leur fonctionnement originels en réponse au contrôle des herbivores demeure mal compris. Nous avons évalué les trajectoires temporelles des communautés herbacées dans des peuplements d'Abies balsamea (L.) Mill. et de Picea glauca (Moench) Voss à l'île d'Anticosti (Québec, Canada) pendant 8 années après avoir effectué une coupe à blanc et contrôlé les populations de cerfs. L'impact de l'exclusion du cerf ou d'une réduction de la densité à 7,5 ou 15 cerfs·km–2 a été comparé à des densités témoins in situ (27 et 56 cerfs·km–2). Les effets des traitements de gestion du cerf sur les espèces végétales et les assemblages de traits fonctionnels ont été évalués en fonction du temps au moyen de la méthode des courbes de réponses principales. Bien que l'exclusion complète du cerf ait semblé nécessaire pour modifier la composition spécifique par rapport à celle observée en conditions de broutage intense, une densité réduite à 7,5 cerfs·km–2 était suffisante pour induire des changements significatifs dans les assemblages de traits fonctionnels des peuplements en régénération. À titre d'exemple, des densités réduites de cerfs ont favorisé les plantes à fleurs de couleur vive et les plantes à fleurs composées pollinisées par les animaux et produisant de grosses graines et des fruits charnus dispersés par les animaux. Nous concluons que les communautés herbacées de la forêt boréale sont résilientes au broutage chronique quand une réduction des populations de cerfs et une coupe forestière à blanc sont appliquées en synergie

Environmental factors explaining the vegetation patterns in a temperate peatland

Although ombrotrophic temperate peatlands are important ecosystems for maintaining biodiversity in eastern North America, the environmental factors influencing their flora are only partly understood. The relationships between plant species distribution and environmental factors were thus studied within the oldest temperate peatland of Québec. Plant assemblages were identified by cluster analysis while CCA was used to related vegetation gradients to environmental factors. Five assemblages were identified; three typical of open bog and two characterized by more minerotrophic vegetation. Thicker peat deposit was encounter underlying the bog assemblages while higher water table level and percentage of free surface water distinguished the minerotrophic assemblages. Overall, the floristic patterns observed were spatially structured along the margins and the expanse. The most important environmental factors explaining this spatial gradient were the percentage of free surface water and the highest water-table level

On the relationship between the base pressure and the velocity in the near-wake of an Ahmed body

We investigate the near-wake flow of an Ahmed body which is characterized by switches between two asymmetric states that are mirrors of each other in the spanwise direction. The work focuses on the relationship between the base pressure distribution and the near-wake velocity field. Using direct numerical simulation obtained at a Reynolds number of 10000 based on incoming velocity and body height as well as Bonnavion and Cadot's experiment (Bonnavion et al. 2018), we perform Proper Orthogonal Decomposition (POD) of the base pressure field. The signature of the switches is given by the amplitude of the most energetic, antisymmetric POD mode. However switches are also characterized by a global base suction decrease, as well as deformations in both vertical and lateral directions, which all correspond to large-scale symmetric modes. Most of the base suction reduction is due to the two most energetic symmetric modes. Using the linear stochastic estimation technique of Podvin et al. 2018, we show that the large scales of the near-wake velocity field can be recovered to some extent from the base pressure modes. Conversely, it is found that the dominant pressure modes and the base suction fluctuation can be well estimated from the POD velocity modes of the near-wake

Proper Orthogonal Decomposition Analysis and Modelling of the wake deviation behind a squareback Ahmed body

We investigate numerically the 3-D flow around a squareback Ahmed body at Reynolds number Re = 104. Proper Orthogonal Decomposition (POD) is applied to a symmetry-augmented database in order to describe and model the flow dynamics. Comparison with experiments at a higher Reynolds number in a plane section of the near-wake at mid-height shows that the simulation captures several features of the experimental flow, in particular the antisymmetric quasi-steady deviation mode. 3-D POD analysis allows us to classify the different physical processes in terms of mode contribution to the kinetic energy over the entire domain. It is found that the dominant fluctuating mode on the entire domain corresponds to the 3-D quasi-steady wake deviation, and that its amplitude is well estimated from 2-D near-wake data. The next most energetic flow fluctuations consist of vortex shedding and bubble pumping mechanisms. It is found that the amplitude of the deviation is negatively correlated with the intensity of the vortex shedding in the spanwise direction and the suction drag coefficient. Finally, we find that despite the slow convergence of the decomposition, a POD-based low-dimensional model reproduces the dynamics of the wake deviation observed experimentally, as well as the main characteristics of the global modes identified in the simulation

Species indicators of ecosystem recovery after reducing large herbivore density: Comparing taxa and testing species combinations

Indicator species have been used successfully for estimating ecosystem integrity, but comparative studies for defining optimal taxonomic group remain scarce. Furthermore, species combinations may constitute more integrative tools than single species indicators, but case studies are needed to test their efficiency. We used Indicator Species Analysis, which statistically determines the association of species to one or several groups of sites, to obtain indicators of ecosystem recovery after various deer density reductions. We used five taxonomic groups: plants, carabid beetles, bees, moths and songbirds. To test whether species combinations could complement single indicator species, we used plants as a model taxon and examined the indicator value of joint occurrence of two or three plant species. Our study relies on experimental controlled browsing enclosures established for six years on Anticosti Island (Quebec). Four levels of deer density (0, 7.5 and 15 deer km−2 and natural densities between 27 and 56 deer km−2) were studied in two vegetation cover types (uncut forests and cut-over areas), in a full factorial design for a total of eight experimental treatments. For all taxa but bees, we tested 54 treatment groups consisting in one specific density or in a sequence of two or more consecutive deer densities in one or both cover types (ten groups for bees, sampled only in cut-over areas). We found 12 plants, 11 moths and one songbird to be single species indicators of ecosystem conditions obtained under 12 different treatment groups. Six treatment groups were indicated by plants and six different ones by moths, of which one group was also identified by a songbird species. Moths were thus worth the extra sampling effort, especially since the groups they indicated were more treatment-specific (mainly one or two deer density treatments). We tested the same 54 treatment groups for plant species combinations represented by two or three co-occurring species. Plant combinations efficiently complemented plant singletons for detecting ecosystem conditions obtained under various deer densities. In fact, although singletons were highly predictive, 17 additional treatment groups were identified exclusively with two- and three-species combinations, some being more treatment-specific. Our findings show that plants and moths provide complementary indicators of ecosystem conditions under various deer densities, and that computing species combinations increases our capacity to monitor ecosystem recovery after reducing herbivore densities.Funding was provided by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC)-Produits forestiers Anticosti Industrial Chair to SDC, the Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune du Québec, the Canadian Forest Service of Natural Resources Canada and an NSERC scholarship to MB and NSERC DG to MP and SP. We are grateful to the Centre de la Science de la Biodiversité du Québec and Centre d’études nordiques for scholarships