Investigating episodic mass loss in evolved massive stars: II. Physical properties of red supergiants at subsolar metallicity

Mass loss during the red supergiant (RSG) phase plays a crucial role in the evolution of an intermediate massive star, however, the underlying mechanism remains unknown. We aim to increase the sample of well-characterized RSGs at subsolar metallicity, by deriving the physical properties of 127 RSGs in nine nearby, southern galaxies presented by Bonanos et al. For each RSG, we provide spectral types and used \textsc{marcs} atmospheric models to measure stellar properties from their optical spectra, such as the effective temperature, extinction, and radial velocity. By fitting the spectral energy distribution, we obtained the stellar luminosity and radius for 97 RSGs, finding $\sim 50\%$ with log$(L/ \rm L_{\odot}) \geq 5.0$ and 6 RSGs with $R \gtrsim 1400 \,\ \rm R_{\odot}$. We also find a correlation between the stellar luminosity and mid-IR excess of 33 dusty, variable sources. Three of these dusty RSGs have luminosities exceeding the revised Humphreys-Davidson limit. We then derive a metallicity-dependent $J-K_s$ color versus temperature relation from synthetic photometry and two new empirical $J-K_s$ color versus temperature relations calibrated on literature TiO and $J$-band temperatures. To scale our derived, cool TiO temperatures to values in agreement with the evolutionary tracks, we derive two linear scaling relations calibrated on $J$-band and $i$-band temperatures. We find that the TiO temperatures are more discrepant as a function of the mass-loss rate and discuss future prospects of the TiO bands as a mass-loss probe. Finally, we speculate that 3 hot, dusty RSGs may have experienced a recent mass ejection ($12\%$ of the K-type sample) and indicate them as candidate Levesque-Massey variables.Comment: 22 pages, 18 figures, submitted to A&

Novel Lipophilic Hydroxamates Based on Spirocarbocyclic Hydantoin Scaffolds with Potent Antiviral and Trypanocidal Activity

Flaviviridae infections, such as those caused by hepatitis C (HCV) and dengue viruses (DENVs), represent global health risks. Infected people are in danger of developing chronic liver failure or hemorrhagic fever, both of which can be fatal if not treated. The tropical parasites Trypanosoma brucei and Trypanosoma cruzi cause enormous socioeconomic burdens in Sub-Saharan Africa and Latin America. Anti-HCV chemotherapy has severe adverse effects and is expensive, whereas dengue has no clinically authorized treatment. Antiparasitic medicines are often toxic and difficult to administer, and treatment failures are widely reported. There is an urgent need for new chemotherapies. Based on our previous research, we have undertaken structural modification of lead compound V with the goal of producing derivatives with both antiviral and trypanocidal activity. The novel spirocarbocyclic-substituted hydantoin analogs were designed, synthesized, and tested for antiviral activity against three HCV genotypes (1b, 3a, 4a), DENV, yellow fever virus (YFV), and two trypanosome species (T. brucei, T. cruzi). The optimization was successful and led to compounds with significant antiviral and trypanocidal activity and exceptional selectivity. Several modifications were made to further investigate the structure-activity relationships (SARs) and confirm the critical role of lipophilicity and conformational degrees of freedom

KardiaTool: An Integrated POC Solution for Non-invasive Diagnosis and Therapy Monitoring of Heart Failure Patients

The aim of this work is to present KardiaTool platform, an integrated Point of Care (POC) solution for noninvasive diagnosis and therapy monitoring of Heart Failure (HF) patients. The KardiaTool platform consists of two components, KardiaPOC and KardiaSoft. KardiaPOC is an easy to use portable device with a disposable Lab-on-Chip (LOC) for the rapid, accurate, non-invasive and simultaneous quantitative assessment of four HF related biomarkers, from saliva samples. KardiaSoft is a decision support software based on predictive modeling techniques that analyzes the POC data and other patient's data, and delivers information related to HF diagnosis and therapy monitoring. It is expected that identifying a source comparable to blood, for biomarker information extraction, such as saliva, that is cost-effective, less invasive, more convenient and acceptable for both patients and healthcare professionals would be beneficial for the healthcare community. In this work the architecture and the functionalities of the KardiaTool platform are presented

DEM hydromechanical modeling of fault reactivation

Les failles dans la croûte supérieure sont des zones de déformation localisées capables de conduire des fluides sur de longues distances. L'estimation de la perméabilité des zones de failles et de leurs propriétés hydromécaniques est cruciale dans nombreux domaines de recherche et applications industrielles. Dans l'industrie pétrolière, et plus particulièrement dans les applications d'exploration et de production, l'intégrité de l'étanchéité des failles doit être évaluée pour la détection des pièges à hydrocarbures. Il existe déjà des approches permettant d'estimer la capacité de scellement latéral d'une faille à partir de la teneur en argile des couches (par exemple le Shale Gouge Ratio). Pourtant, les conditions dans lesquelles la faille se comporte comme un conduit le long de sa structure ne sont pas encore suffisamment contraintes. Dans ce contexte, la géomécanique peut apporter un éclairage complémentaire sur les paramétres qui contrôlent le comportement hydrodynamique de la faille. Ces paramètres comprennent le champ de contraintes, la pression du fluide, l'orientation des structures de la zone de faille et les propriétés des matériaux. Des expériences d'injection à une échelle décamétrique ont été réalisées dans une zone de faille située dans le site expérimental de Tournemire, dans le sud de la France, au cours desquelles la pression et le débit du fluide, la déformation du massif, la sismicité ont été suivis. Sur la base des observations issues de ces expériences, une étude numérique a été réalisée pour explorer l'évolution de la perméabilité etétablir le lien avec la réponse hydromécanique de la faille ainsi que la sismicité induite. Les comportements des failles secondaires, les fractures de la zone endommagée ainsi que la roche encaissante ont été modélisés numériquement en utilisant la méthode des éléments discrets. La modélisation des essais expérimentaux et l'analyse des modèles génériques utilisés pour les études paramétriques ont mis en évidence le rôle majeur des conditions de contrainte in situ. L'effet combiné de la contrainte et de l'orientation des structures de la faille détermine en premier lieu la nature de la réactivation selon le concept de l'état de contrainte critique de la faille décrit dans la littérature. Pour des conditions de contrainte et des éléments structuraux donnés, il a été démontré que selon le niveau de pression du fluide, la faille offre trois gammes différentes de perméabilité : i) perméabilité équivalente à la perméabilité de la formation, ii) 2 à 4 ordres de grandeur plus élevés et iii) plus de 4 ordres de grandeur plus élevés. Alors que pour les deux cas extrêmes, la faille est caractérisée comme étant hydromécaniquement active ou inactive, le second cas est principalement contrôlé par des mécanismes de chenalisation du fluide favorisés par des hétérogénéités aussi bien à l'échelle d'une seule fracture ou qu'à l'échelle du réseau de fractures. Les changements dans les propriétés hydrauliques sont dans certains cas détectés par la sismicité induite lors de l'injection en supposant que la sismicité est l'effet direct de la propagation du fluide, de l'augmentation de la pression du fluide et de la chute de la contrainte effective. Néanmoins, les mécanismes à l'origine de la sismicité induite par injection sont encore peu connus. A partir des résultats expérimentaux du site de Tournemire, le rôle de la diffusivité hydraulique des structures de la faille a été exploré sur la sismicité observée dans le cadre d'une analyse hydro-mécanique. Les résultats indiquent que la microsismicité induite était probablement liée à des perturbations de contrainte résultantes d'une déformation asismique importante plutôt que de la propagation de fluides à travers des structures hydrauliquement connectées.Faults in the Earth crust are localized zones of deformation which can drive fluids over long distances. Estimating the permeability of fault zones and their hydro-mechanical properties is crucial in a wide range of fields of research and industrial applications. In the petroleum industry, and more specifically in exploration and production applications, the seal integrity of faults in low permeability formations (e.g. shale) needs to be evaluated for the detection of hydrocarbon traps. There already exist approaches able to sufficiently estimate the "side-sealing" capacity of a fault based on the clay or shale content of the layers (e.g. Shale Gouge Ratio). Nevertheless, the conditions under which the fault acts as a drain along its structure are still not properly constrained. In this context, the response of the fault is directly controlled by a number of factors that can be better approached from a geomechanics point of view. These factors include the stress field, the fluid pressure, the orientation of the fault-related structures and the material properties. Meso-scale field injection experiments were carried out inside a fault zone located in the Tournemire massif at the South of France during which the fluid pressure, the deformation, the seismicity and the flow rate were monitored. Based on the Tournemire experiments and field observations, a numerical study was performed exploring the evolution of the permeability and how it is related to the fault hydro-mechanical reactivation and potentially to the induced seismicity. Fault-related structures such as subsidiary faults or fractures that were targeted during the experiments together with the surrounding intact rock, were modeled using the Discrete Element method. Modeling of the experimental tests and the analysis of generic models used to perform parametric studies highlighted the primary role of the in-situ stress conditions. The combined effect of stress and orientation of the fault structures determine in the first place the nature of the reactivation according to the critically stressed fault concept reported in the literature. For given stress conditions and structural features, it was shown that depending on the fluid pressure level, the fault offers three different ranges of permeability: i) permeability that is equivalent to the formation's permeability, ii) 2 to 4 orders of magnitude higher and iii) more than 4 orders of magnitude higher. While for the two extreme cases the fault is characterized as hydro-mechanically inactive or active, the second case is mostly controlled by fluid channeling mechanisms promoted by heterogeneities at the scale of a single fracture or at the scale of the fracture network. Changes in the hydraulic properties are in some cases detected by the seismicity triggered during the injection under the assumption that the seismicity is the direct effect of fluid propagation, fluid pressure increase and effective stress drop.However, the mechanisms behind the injection induced seismicity are still poorly understood. Using experimental results from the Tournemire site, the role of the hydraulic diffusivity of the fault-related structures was explored on the recorded seismicity in the framework of a hydro-mechanical analysis. The results suggest that the induced microseismicity was possibly related to stress perturbations caused by a significant aseismic deformation rather than fluid propagation through hydraulically connected structures

Development of a lab-on-chip platform integrating electrochemical microsensors for the detection of water contaminants based on algal physiology monitoring

The monitoring of water quality has been of great importance in recent decades in order to find solutions to control water contamination, largely driven by agricultural and industrial activities. Although conventional methods such as chromatography, are very accurate and sensitive tools, increasing interest has been placed on promising techniques that can be used on site, are low cost, and offer the ability to perform rapid analysis. The present work is devoted to the development of lab on a chip component to the analysis of the toxicity of water. It consists of a portable system for detecting on-site and offers the possibility of a double complementary detection: optical and electrochemical. As the part dedicated to the electrochemical sensor has been previously validated, this study focused on the implementation of an electrochemical biosensor based on the use of an alga, for the detection of pollutants in water. The detection basic principle consists in monitoring changes in the metabolic activity of algae induced by the presence of herbicides. The seaweed response is different for each concentration of herbicide in an examined sample. Two herbicides selected affect the photosynthetic activity of the algae and consequently, induce changes in the amount of electro-active species produced by the alga: O2, H2O2 and H3O + / OH-. Before the development of the final component type Lab on Chip, detection principles as well as the electrode materials that will be integrated, have been validated using a simpler type of component, which was achieved through the silicon manufacturing technologies and which was characterized by simpler procedures.A silicon chip containing an electrochemical micro incorporating three electrodes was established. Once validated detecting materials and previously selected settings were used in the manufacture of components on Lab Chip. The Lab-on-Chip components were then used for the biological tests to detect the herbicides of interest. Special attention has been placed on monitoring like O2 indicator of the presence of herbicide, because this element is the most representative of changes of metabolic activity. An inhibiting effect on photosynthesis, concentration dependent of the herbicide been demonstrated. Detection of herbicidal was performed with great sensitivity and a range of covering the boundary concentration Maximum acceptable taxed by the Canadian Government.Le suivi de la qualité de l’eau a été d’une grande importance depuis ces dernières décennies afin de trouver des solutions de contrôler la contamination de l’eau, induite en grande partie par les activités agricoles et industrielles. Bien que les méthodes conventionnelles, comme la chromatographie, sont des outils très précis et sensibles, un intérêt grandissant a été placé sur des techniques prometteuses qui peuvent être utilisées sur site, sont bas coût, et offrent la possibilité d’effectuer des analyses rapides. Le travail présenté ici est dédié au développement de composant Laboratoire sur Puce pour l’analyse de la toxicité de l’eau. Il consiste en un système portable pour la détection sur site et offre la possibilité d’une double détection complémentaire : optique et électrochimique. Comme la partie dédiée au capteur électrochimique a préalablement été validée, cette étude est focalisée sur l’implémentation d’un biocapteur électrochimique basé sur l’utilisation d’une algue, pour la détection de polluants dans l’eau. Le principe basique de détection consiste au suivi de changements de l’activité métabolique d’algues induits par la présence d’herbicides. La réponse de l’algue est différente pour chaque concentration d’herbicide dans un échantillon examiné. Deux herbicides sélectionnés affectent l’activité photosynthétique de l’algue et par conséquent, induisent des modifications dans la quantité des espèces électroactives produites par l’algue : O2, H2O2 et H3O+/OH-. Avant le développement du composant final type Laboratoire sur Puce, les principes de détection aussi bien que les matériaux d’électrode qui vont être intégrés, ont été validés en utilisant un type de composant plus simple, qui a été réalisé grâce aux technologies de fabrication silicium et qui a été caractérisé par des procédures plus simples. Une puce sur silicium contenant un microsystème électrochimique intégrant trois électrodes a été mis en place. Une fois validés, les matériaux de détection et les configurations choisis précédemment ont été utilisés pour la fabrication des composants Laboratoire sur Puce. Les composants Laboratoire sur Puce ont été ensuite utilisés pour des tests biologiques afin de détecter les herbicides d’intérêt. Une attention spéciale a été placée sur le suivi de O2 comme indicateur de la présence d’herbicide, étant donné que cet élément est le plus représentatif de modifications de l’activité métabolique. Un effet d’inhibition sur la photosynthèse, dépendant de la concentration de l’herbicide a été démontré. La détection de l’herbicide a été réalisée avec une grande sensibilité et sur une gamme couvrant la limite de concentration maximale acceptable imposé par le gouvernement canadien

Modélisation hydromécanique de la réactivation de faille par la méthode des éléments discrets

Faults in the Earth crust are localized zones of deformation which can drive fluids over long distances. Estimating the permeability of fault zones and their hydro-mechanical properties is crucial in a wide range of fields of research and industrial applications. In the petroleum industry, and more specifically in exploration and production applications, the seal integrity of faults in low permeability formations (e.g. shale) needs to be evaluated for the detection of hydrocarbon traps. There already exist approaches able to sufficiently estimate the "side-sealing" capacity of a fault based on the clay or shale content of the layers (e.g. Shale Gouge Ratio). Nevertheless, the conditions under which the fault acts as a drain along its structure are still not properly constrained. In this context, the response of the fault is directly controlled by a number of factors that can be better approached from a geomechanics point of view. These factors include the stress field, the fluid pressure, the orientation of the fault-related structures and the material properties. Meso-scale field injection experiments were carried out inside a fault zone located in the Tournemire massif at the South of France during which the fluid pressure, the deformation, the seismicity and the flow rate were monitored. Based on the Tournemire experiments and field observations, a numerical study was performed exploring the evolution of the permeability and how it is related to the fault hydro-mechanical reactivation and potentially to the induced seismicity. Fault-related structures such as subsidiary faults or fractures that were targeted during the experiments together with the surrounding intact rock, were modeled using the Discrete Element method. Modeling of the experimental tests and the analysis of generic models used to perform parametric studies highlighted the primary role of the in-situ stress conditions. The combined effect of stress and orientation of the fault structures determine in the first place the nature of the reactivation according to the critically stressed fault concept reported in the literature. For given stress conditions and structural features, it was shown that depending on the fluid pressure level, the fault offers three different ranges of permeability: i) permeability that is equivalent to the formation's permeability, ii) 2 to 4 orders of magnitude higher and iii) more than 4 orders of magnitude higher. While for the two extreme cases the fault is characterized as hydro-mechanically inactive or active, the second case is mostly controlled by fluid channeling mechanisms promoted by heterogeneities at the scale of a single fracture or at the scale of the fracture network. Changes in the hydraulic properties are in some cases detected by the seismicity triggered during the injection under the assumption that the seismicity is the direct effect of fluid propagation, fluid pressure increase and effective stress drop.However, the mechanisms behind the injection induced seismicity are still poorly understood. Using experimental results from the Tournemire site, the role of the hydraulic diffusivity of the fault-related structures was explored on the recorded seismicity in the framework of a hydro-mechanical analysis. The results suggest that the induced microseismicity was possibly related to stress perturbations caused by a significant aseismic deformation rather than fluid propagation through hydraulically connected structures.Les failles dans la croûte supérieure sont des zones de déformation localisées capables de conduire des fluides sur de longues distances. L'estimation de la perméabilité des zones de failles et de leurs propriétés hydromécaniques est cruciale dans nombreux domaines de recherche et applications industrielles. Dans l'industrie pétrolière, et plus particulièrement dans les applications d'exploration et de production, l'intégrité de l'étanchéité des failles doit être évaluée pour la détection des pièges à hydrocarbures. Il existe déjà des approches permettant d'estimer la capacité de scellement latéral d'une faille à partir de la teneur en argile des couches (par exemple le Shale Gouge Ratio). Pourtant, les conditions dans lesquelles la faille se comporte comme un conduit le long de sa structure ne sont pas encore suffisamment contraintes. Dans ce contexte, la géomécanique peut apporter un éclairage complémentaire sur les paramétres qui contrôlent le comportement hydrodynamique de la faille. Ces paramètres comprennent le champ de contraintes, la pression du fluide, l'orientation des structures de la zone de faille et les propriétés des matériaux. Des expériences d'injection à une échelle décamétrique ont été réalisées dans une zone de faille située dans le site expérimental de Tournemire, dans le sud de la France, au cours desquelles la pression et le débit du fluide, la déformation du massif, la sismicité ont été suivis. Sur la base des observations issues de ces expériences, une étude numérique a été réalisée pour explorer l'évolution de la perméabilité etétablir le lien avec la réponse hydromécanique de la faille ainsi que la sismicité induite. Les comportements des failles secondaires, les fractures de la zone endommagée ainsi que la roche encaissante ont été modélisés numériquement en utilisant la méthode des éléments discrets. La modélisation des essais expérimentaux et l'analyse des modèles génériques utilisés pour les études paramétriques ont mis en évidence le rôle majeur des conditions de contrainte in situ. L'effet combiné de la contrainte et de l'orientation des structures de la faille détermine en premier lieu la nature de la réactivation selon le concept de l'état de contrainte critique de la faille décrit dans la littérature. Pour des conditions de contrainte et des éléments structuraux donnés, il a été démontré que selon le niveau de pression du fluide, la faille offre trois gammes différentes de perméabilité : i) perméabilité équivalente à la perméabilité de la formation, ii) 2 à 4 ordres de grandeur plus élevés et iii) plus de 4 ordres de grandeur plus élevés. Alors que pour les deux cas extrêmes, la faille est caractérisée comme étant hydromécaniquement active ou inactive, le second cas est principalement contrôlé par des mécanismes de chenalisation du fluide favorisés par des hétérogénéités aussi bien à l'échelle d'une seule fracture ou qu'à l'échelle du réseau de fractures. Les changements dans les propriétés hydrauliques sont dans certains cas détectés par la sismicité induite lors de l'injection en supposant que la sismicité est l'effet direct de la propagation du fluide, de l'augmentation de la pression du fluide et de la chute de la contrainte effective. Néanmoins, les mécanismes à l'origine de la sismicité induite par injection sont encore peu connus. A partir des résultats expérimentaux du site de Tournemire, le rôle de la diffusivité hydraulique des structures de la faille a été exploré sur la sismicité observée dans le cadre d'une analyse hydro-mécanique. Les résultats indiquent que la microsismicité induite était probablement liée à des perturbations de contrainte résultantes d'une déformation asismique importante plutôt que de la propagation de fluides à travers des structures hydrauliquement connectées

Optimal Management and Control of Solar PV Attached Electricity Storage According to Energy Price Signals

End – consumers have become more active in the effort to achieve secure operation of the electricity grid. Demand response offers a set of solutions allowing consumers to achieve normalised load profiles and increase the balance between energy generation and consumption. Storage technologies and renewable energy sources integrated in microgrid topologies allow them to participate in demand response programs while maintaining their consumption behaviour and achieving energy cost reduction. The aforementioned integration requires the development of control capabilities and communication with the energy market. Consequently, this project aims at investigating the possibility of energy cost reduction and reliability of power supply through the development of a microgrid which incorporates a control design and a management strategy.The project proposes a microgrid control strategy suitable for both power quality and energy management applications. This control strategy is implemented through a controller regulating the operation of the battery storage system. More specifically, regarding the power quality side of the controller, the system is able to identify and overcome any possible operational grid faults securing the provision of continuous power supply and voltage stability under any conditions. Concerning the energy management capabilities of the microgrid, the controller’s main goal is to achieve energy cost savings and to extend the lifetime of the battery storage system, through its communication with the spot energy market and by taking advantage of the hourly volatility of the electricity prices while considering the ageing factor of the battery storage system. The battery storage system operates only when the electricity prices can compensate for the energy cycling costs, thus prolonging its life span. Whether the batteries are charging or discharging is decided by the level of the hourly electricity prices. This way the potential economic benefits are maximised. This microgrid development was based on the case study of a technical building for the telecommunications company KPN. The company’s goal is to reduce its electricity bill while maintaining its load profile, integrating renewable technologies and active storage systems. For this reason, the development and modelling of a microgrid with the control attributes described in the previous paragraph and integrated PV and storage system is required. The developed microgrid and the implemented control strategy were modelled in Matlab/Simulink. From the simulation results, it was observed that the controller responds appropriately to electricity prices levels, it respects the battery’s capacity limitations and it acknowledges the PV and storage system’s priority over the grid. Furthermore, it was able to achieve high levels of power quality for the microgrid and energy cost reduction for KPN under certain technological and market conditions. Regarding the latter, it was observed that the main influencing factors for the proposed system’s economic performance are the investment costs for the PV and storage systems.Electrical Engineerin