Linear theory of wave generation by a moving bottom

The computation of long wave propagation through the ocean obviously depends on the initial condition. When the waves are generated by a moving bottom, a traditional approach consists in translating the ``frozen'' sea bed deformation to the free surface and propagating it. The present study shows the differences between the classical approach (passive generation) and the active generation where the bottom motion is included. The analytical solutions presented here exhibit some of the drawbacks of passive generation. The linearized solutions seem to be sufficient to consider the generation of water waves by a moving bottom.Comment: 9 pages, 2 figure

Challenges in reanalysis products to assess extreme weather impacts on agriculture: Study case in southern Sweden

The incidence of dry or wet day sequences has a great influence on crops management and development. The lack of spatialized observed data with appropriate temporal resolution to investigate the changes that has occurred during the last century regarding the length and frequencies of those sequences has led to reliance on reanalysis products. However, the question can be raised about the suitability of those products when evaluating such climate indices and their impacts on crop production. Different products are here investigated to evaluate how the succession of dry and wet days are depicted in Sweden. Results show that reanalysis product tends to overestimate the number of wet days and wet periods and underestimate dry periods. We also showed clearly that the frequency and intensity of dry and wet spells returned can differ widely between products. For instance, number of dry spell events can range from 1 to 11 over the same decade for two different products. This paper does not aim to classify the RPs regarding their goodness or efficiency but try to highlights the divergence between them in representation of spells which could generate substantial differences in climate impact analysis in agricultural modeling

Modélisation de l’évolution hydroclimatique des flux et stocks d’eau verte et d’eau bleue du bassin versant de la Garonne

La gestion intégrée de la ressource en eau implique de distinguer les parcours de l’eau qui sont accessibles aux sociétés de ceux qui ne le sont pas. Les cheminements de l’eau sont nombreux et fortement variables d’un lieu à l’autre. Il est possible de simplifier cette question en s’attardant plutôt aux deux destinations de l’eau. L’eau bleue forme les réserves et les flux dans l’hydrosystème : cours d’eau, nappes et écoulements souterrains. L’eau verte est le flux invisible de vapeur d’eau qui rejoint l’atmosphère. Elle inclut l’eau consommée par les plantes et l’eau dans les sols. Or, un grand nombre d’études ne portent que sur un seul type d’eau bleue, en ne s’intéressant généralement qu’au devenir des débits ou, plus rarement, à la recharge des nappes. Le portrait global est alors manquant. Dans un même temps, les changements climatiques viennent impacter ce cheminement de l’eau en faisant varier de manière distincte les différents composants de cycle hydrologique. L’étude réalisée ici utilise l’outil de modélisation SWAT afin de réaliser le suivi de toutes les composantes du cycle hydrologique et de quantifier l’impact des changements climatiques sur l’hydrosystème du bassin versant de la Garonne. Une première partie du travail a permis d’affiner la mise en place du modèle pour répondre au mieux à la problématique posée. Un soin particulier a été apporté à l’utilisation de données météorologiques sur grille (SAFRAN) ainsi qu’à la prise en compte de la neige sur les reliefs. Le calage des paramètres du modèle a été testé dans un contexte differential split sampling, en calant puis validant sur des années contrastées en terme climatique afin d’appréhender la robustesse de la simulation dans un contexte de changements climatiques. Cette étape a permis une amélioration substantielle des performances sur la période de calage (2000-2010) ainsi que la mise en évidence de la stabilité du modèle face aux changements climatiques. Par suite, des simulations sur une période d’un siècle (1960-2050) ont été produites puis analysées en deux phases : i) La période passée (1960-2000), basée sur les observations climatiques, a servi de période de validation à long terme du modèle sur la simulation des débits, avec de très bonnes performances. L’analyse des différents composants hydrologiques met en évidence un impact fort sur les flux et stocks d’eau verte, avec une diminution de la teneur en eau des sols et une augmentation importante de l’évapotranspiration. Les composantes de l’eau bleue sont principalement perturbées au niveau du stock de neige et des débits qui présentent tous les deux une baisse substantielle. ii) Des projections hydrologiques ont été réalisées (2010-2050) en sélectionnant une gamme de scénarios et de modèles climatiques issus d’une mise à l’échelle dynamique. L’analyse de simulation vient en bonne part confirmer les conclusions tirées de la période passée : un impact important sur l’eau verte, avec toujours une baisse de la teneur en eau des sols et une augmentation de l’évapotranspiration potentielle. Les simulations montrent que la teneur en eau des sols pendant la période estivale est telle qu’elle en vient à réduire les flux d’évapotranspiration réelle, mettant en évidence le possible déficit futur des stocks d’eau verte. En outre, si l’analyse des composantes de l’eau bleue montre toujours une diminution significative du stock de neige, les débits semblent cette fois en hausse pendant l’automne et l’hiver. Ces résultats sont un signe de l’«accélération» des composantes d’eau bleue de surface, probablement en relation avec l’augmentation des évènements extrêmes de précipitation. Ce travail a permis de réaliser une analyse des variations de la plupart des composantes du cycle hydrologique à l’échelle d’un bassin versant, confirmant l’importance de prendre en compte toutes ces composantes pour évaluer l’impact des changements climatiques et plus largement des changements environnementaux sur la ressource en eau

Modélisation de l'évolution hydroclimatique des flux et stocks d'eau verte et d'eau bleue du bassin versant de la Garonne

"Thèse en cotutelle, doctorat en génie des eaux: Université Laval Québec, Canada Philosophiae doctor (Ph.D.) et Institut national polytechnique de Toulouse, Toulouse, France, Docteur."La gestion intégrée de la ressource en eau implique de distinguer les parcours de l’eau qui sont accessibles aux sociétés de ceux qui ne le sont pas. Les cheminements de l’eau sont nombreux et fortement variables d’un lieu à l’autre. Il est possible de simplifier cette question en s’attardant plutôt aux deux destinations de l’eau. L’eau bleue forme les réserves et les flux dans l’hydrosystème : cours d’eau, nappes et écoulements souterrains. L’eau verte est le flux invisible de vapeur d’eau qui rejoint l’atmosphère. Elle inclut l’eau consommée par les plantes et l’eau dans les sols. Or, un grand nombre d’études ne portent que sur un seul type d’eau bleue, en ne s’intéressant généralement qu’au devenir des débits ou, plus rarement, à la recharge des nappes. Le portrait global est alors manquant. Dans un même temps, les changements climatiques viennent impacter ce cheminement de l’eau en faisant varier de manière distincte les différents composants de cycle hydrologique. L’étude réalisée ici utilise l’outil de modélisation SWAT afin de réaliser le suivi de toutes les composantes du cycle hydrologique et de quantifier l’impact des changements climatiques sur l’hydrosystème du bassin versant de la Garonne. Une première partie du travail a permis d’affiner la mise en place du modèle pour répondre au mieux à la problématique posée. Un soin particulier a été apporté à l’utilisation de données météorologiques sur grille (SAFRAN) ainsi qu’à la prise en compte de la neige sur les reliefs. Le calage des paramètres du modèle a été testé dans un contexte differential split sampling, en calant puis validant sur des années contrastées en terme climatique afin d’appréhender la robustesse de la simulation dans un contexte de changements climatiques. Cette étape a permis une amélioration substantielle des performances sur la période de calage (2000-2010) ainsi que la mise en évidence de la stabilité du modèle face aux changements climatiques. Par suite, des simulations sur une période d’un siècle (1960-2050) ont été produites puis analysées en deux phases : i) La période passée (1960-2000), basée sur les observations climatiques, a servi de période de validation à long terme du modèle sur la simulation des débits, avec de très bonnes performances. L’analyse des différents composants hydrologiques met en évidence un impact fort sur les flux et stocks d’eau verte, avec une diminution de la teneur en eau des sols et une augmentation importante de l’évapotranspiration. Les composantes de l’eau bleue sont principalement perturbées au niveau du stock de neige et des débits qui présentent tous les deux une baisse substantielle. ii) Des projections hydrologiques ont été réalisées (2010-2050) en sélectionnant une gamme de scénarios et de modèles climatiques issus d’une mise à l’échelle dynamique. L’analyse de simulation vient en bonne part confirmer les conclusions tirées de la période passée : un impact important sur l’eau verte, avec toujours une baisse de la teneur en eau des sols et une augmentation de l’évapotranspiration potentielle. Les simulations montrent que la teneur en eau des sols pendant la période estivale est telle qu’elle en vient à réduire les flux d’évapotranspiration réelle, mettant en évidence le possible déficit futur des stocks d’eau verte. En outre, si l’analyse des composantes de l’eau bleue montre toujours une diminution significative du stock de neige, les débits semblent cette fois en hausse pendant l’automne et l’hiver. Ces résultats sont un signe de l’«accélération» des composantes d’eau bleue de surface, probablement en relation avec l’augmentation des évènements extrêmes de précipitation. Ce travail a permis de réaliser une analyse des variations de la plupart des composantes du cycle hydrologique à l’échelle d’un bassin versant, confirmant l’importance de prendre en compte toutes ces composantes pour évaluer l’impact des changements climatiques et plus largement des changements environnementaux sur la ressource en eau.Integrated water resource management requires distinction between water paths that are directly available for society and those which are not. Water pathways, from precipitation to the oceans or the atmosphere, are highly variable from one place to another. The complexity of water pathways can be simplified by focusing on two main categories of water resources: blue water, which is the stock and flow moving into the hydrosystem that is directly available (e.g. rivers, lakes, aquifers and groundwater flow), and green water, which is the invisible flow of water vapor leaving the hydrosphere to the atmosphere. The latter includes the water used by forests, grasslands, rain fed crops, and the water in soils. However, many hydrological studies focus only on blue water, particularly the discharge or more rarely the ground water recharge, ignoring all green water components, therefore missing the overall picture. At the same time, climate change highlighted in recent years have been found to impact water pathway distributions by affecting different components of the hydrological cycle at the watershed scale. The study presented here exploits the SWAT hydrological model to assess the variation of different components of a hydrosystem facing climate change. The study area is the watershed of the Garonne River, where data is available. The first part of this work focused on refining the implementation of the model in order to better tackle the problem at hand. Particular attention has been paid to the use of gridded weather data (SAFRAN product) as well as to the simulation of snow present in the mountainous portion of the watershed. Calibration of the model parameters was tested through a differential split sampling method, based on calibration and validation using climatically contrasted periods, in order to test the robustness of the model. These steps led to a substantial improvement in the simulations performance over the calibration period (2000-2010) and demonstrated the robustness of the model within a climate change context. The improved SWAT model was next used to produce simulations over a hundred-year period (1960-2050), an analysis carried out in two steps: First, the past period (1960-2000) simulation, based on observed climatic data, was used to validate discharge simulations for which very good performance was obtained. Analysis of the different components of the hydrological cycle showed a strong impact on flows and stocks of green water, with a reduction of the water content in soil and a substantial increase in evapotranspiration. Blue water is mostly impacted in terms of snow stock and discharge flow, which both showed a substantial decrease. Secondly, hydrological projections were performed (2010-2050) based on a selection of climate scenarios and models, submitted to dynamic downscaling. Analysis of these projections partly confirmed the conclusions drawn from the historic period: i.e. a substantial impact on green water, with a decrease of the soil water content and an increase of potential evapotranspiration. The projections also revealed that the soil water content during the summer season is such that it reduces the actual evapotranspiration, highlighting possible future deficits of green water stocks. Furthermore, if the analysis of blue water components always presented a substantial decrease in the snowpack, discharge appears to increase during autumn and winter periods. These results indicate an "acceleration" of blue surface water components which is likely related to an increase in extreme rainfall events. In this study, an analysis of the variation of the main hydrological cycle components have been proposed at a watershed scales, confirming the importance of taking into account all these components to evaluate the climate change impact and more broadly environmental changes on water resources

Emergence of a new predator in the North Sea: evaluation of potential trophic impacts focused on hake, saithe, and Norway pout

During the last 15 years, northern European hake (Merluccius merluccius) has increased in abundance, and its spatial distribution has expanded in the North Sea region in correlation with temperature. In a context of global warming, this spatial shift could impact local trophic interactions: direct impacts may affect forage fish through modified predator–prey interactions, and indirect impacts may materialize through competition with other resident predators. For instance, North Sea saithe (Pollachius virens) spatial overlap with hake has increased while saithe spawning-stock biomass has decreased recently notwithstanding a sustainable exploitation. In this context, we investigated the range of potential impacts resulting from most recent hake emergence in the North Sea, with a particular focus on saithe. We carried out a multispecies assessment of North Sea saithe, using the Stochastic MultiSpecies (SMS) model. In addition to top-down processes already implemented in SMS, we built in the model bottom-up processes, relating Norway pout (Trisopterus esmarkii) abundance and saithe weight-at-age. We simulated the effects, on all North Sea species being considered but focusing on Norway pout and saithe, of combining different hake abundance trends scenarios with the inclusion of bottom-up processes in SMS. North Sea saithe FMSY was then evaluated in a multispecies context and contrasted with single-species value. The different scenarios tested revealed a negative impact of hake emergence on saithe biomass, resulting from an increase of predation pressure on Norway pout. These results confirm the competition assumption between saithe and hake in the North Sea and might partially explain the most recent decrease of saithe biomass. This study also highlighted that taking into account bottom-up processes in the stock assessment had a limited effect on the estimation of saithe FMSY which was consistent with single-species value

Raydrop : a universal droplet generator based on a non-embedded co-flow-focusing

Most commercial microfluidic droplet generators rely on the planar flow-focusing configuration implemented in polymer or glass chips. The planar geometry, however, suffers from many limitations and drawbacks, such as the need of specific coatings or the use of dedicated surfactants, depending on the fluids in play. On the contrary, and thanks to their axisymmetric geometry, glass capillary-based droplet generators are a priori not fluid-dependent. Nevertheless, they have never reached the market because their assembly requires art-dependent and not scalable fabrication techniques. Here we present a new device, called Raydrop, based on the alignment of two capillaries immersed in a pressurized chamber containing the continuous phase. The dispersed phase exits one of the capillaries through a 3D-printed nozzle, placed in front of the extraction capillary for collecting the droplets. This non-embedded implementation of an axisymmetric flow-focusing is referred to {\it co-flow-focusing}. Experimental results demonstrate the universality of the device in terms of the variety of fluids that can be emulsified, as well as the range of droplet radii that can be obtained, without neither the need of surfactant nor coating. Additionally, numerical computations of the Navier-Stokes equations based on the quasi-steadiness assumption are shown to correctly predict the droplet radius in the dripping regime and the dripping-jetting transition when varying the geometrical and fluid parameters. The monodispersity ensured by the dripping regime, the robustness of the fabrication technique, the optimization capabilities from the numerical modeling and the universality of the configuration confer to the Raydrop technology a very high potential in the race towards high-throughput droplet generation processes

Targeted Enrichment and Nanopore Sequencing of RNA Transcripts from Breast Cancer Risk Genes

Aberrant alternative splicing of hereditary breast and ovarian cancer genes has been associated with an increased susceptibility for breast and/or ovarian cancer. However, studying the effects of gene variants on splicing patterns proves to be difficult for classifying Variants of Uncertain Significance (VUS) – variants which lack the evidence to be categorised as benign or pathogenic. This is particularly the case for the BRCA1 gene, which is poorly expressed, with a long transcript length. In this study, a novel RNA enrichment technique using the Oxford Nanopore MinION long-read sequencer was developed and tested to alleviate these limitations. The main hypotheses were that direct RNA sequencing can identify full-length splice isoforms of genes of interest, and that these results can be enhanced using a novel gene enrichment technique. Total RNA was extracted from a control lymphoblastoid cell line and reverse-transcribed into cDNA. Second-strand cDNA synthesis was carried out by incorporating a T7-polymerase binding site attached to a gene-specific primer for the genes of interest. In vitro transcription was carried out with T7-polymerase to enrich the RNA isoforms, which were then sequenced with the Direct RNA Sequencing Kit (Oxford Nanopore Technologies, UK). Several bioinformatic pipelines were evaluated, as bespoke pipelines for analysing this novel dataset were unavailable. The final pipeline consisted of alignment to the Human Genome Reference Build 38 with Minimap2, conversion to BAM files, sorting and indexing with Samtools. The output file was visualised on the Integrative Genomics Viewer, and the reads were manually counted and processed in Excel. The results exhibited evidence of transcript enrichment for three genes of interest (BRCA1, RAD51C, CHEK2) and a control gene (GAPDH). Of note, GAPDH presented isoform abundance ratios which were similar in three separate experiments, indicating potentially quantitative and reproducible linear enrichment. Full-length isoforms of GAPDH, RAD51C and BRCA1 were able to be sequenced with the Direct RNA Sequencing Kit. Additionally, novel isoforms which have not been previously described for RAD51C were detected, which include Δ 3,5-6, Δ 3,7 and Δ 4,7. Novel methodologies and proof-of-principle experiments were executed to enrich and analyse specific transcripts using direct RNA nanopore sequencing. The enrichment method should be further validated with other approaches such as RT-qPCR and optimised for use with relevant genes. Provided that a bespoke pipeline for long direct RNA sequencing becomes available, this novel method may provide a powerful new approach for interpreting the clinical significance of variants of uncertain significance which may impact on splicing patterns

Beads, bubbles and drops in microchannels: stability of centered position and equilibrium velocity

Understand and predict the dynamics of dispersed micro-objects in microfluidics is crucial in numerous natural, industrial and technological situations. In this paper, we experimentally characterized the equilibrium velocity $V$ and lateral position $\varepsilon$ of various dispersed micro-objects such as beads, bubbles and drops, in a cylindrical microchannel over an unprecedent wide range of parameters. By systematically varying the dimensionless object size ($d \in [0.1; 1]$), the viscosity ratio ($\lambda \in [10^{-2}; \infty[$), the density ratio ($\varphi \in [10^{-3}; 2]$), the Reynolds number ($\Re \in [10^{-2}; 10^2]$), and the capillary number ($\text{Ca} \in [10^{-3}; 0.3]$), we offer a general study exploring various dynamics from the nonderformable viscous regime to the deformable visco-inertio-capillary regime, thus enabling to highlight the sole and combined roles of inertia and capillary effects on lateral migration. The experiments are compared and well-agree with a steady 3D Navier-Stokes model for incompressible two-phase fluids including both the effects of inertia and possible interfacial deformations. This model enables to rationalize the experiments and to provide an exhaustive parametric analysis on the influence of the main parameters of the problem, mainly on two aspects: the stability of the centered position and the velocity of the dispersed object. Interestingly, we propose a useful correlation for the object velocity $V$ as functions of the $d$, $\varepsilon$ and $\lambda$, obtained in the $\text{Re}=\text{Ca}=0$ limit, but actually valid for a larger range of values of $\text{Re}$ and $\text{Ca}$ in the linear regimes.Comment: 22 pages, 11 figures, submitted to Journal of Fluid Mechanic

Initier le développement professionnel du pédagogue : le cas d'un atelier de pédagogie universitaire obligatoire pour nouveaux professeurs

International audienceL'objectif de la communication est de présenter une analyse d'un dispositif de formation offert aux professeurs nouvellement engagés. En ce sens, seront d'abord présentés le contexte du dispositif, les caractéristiques des participants et des animateurs, les objectifs et le programme détaillé du dispositif. Puis, l'évaluation du dispositif sera présentée à la fois à travers ce que les professeurs nouvellement engagés en disent eux-mêmes ainsi que grâce à l'outil d'analyse FFOM ou SWOT (Forces, Faiblesses, Opportunités, Menaces). Enfin, les défis rencontrés par les formateurs et les constats observés après une troisième édition permettront de mettre en lumière des perspectives d'amélioration et de formuler de nouveaux questionnements sur le développement professionnel des nouveaux professeurs