Imaging of Shear Waves Induced by Lorentz Force in Soft Tissues

This study presents the first observation of elastic shear waves generated in soft solids using a dynamic electromagnetic field. The first and second experiments of this 5 study showed that Lorentz force can induce a displacement in a soft phantom and that this displacement was detectable by an ultrasound scanner using speckle-tracking algorithms. For a 100 mT magnetic field and a 10 ms, 100 mA peak-to-peak electrical burst, the displacement reached a magnitude of 1 um. In the third experiment, we showed that Lorentz force can induce shear waves in a phantom. A physical model 10 using electromagnetic and elasticity equations was proposed. Computer simulations were in good agreement with experimental results. The shear waves induced by Lorentz force were used in the last experiment to estimate the elasticity of a swine liver sample

Acousto-electrical speckle pattern in Lorentz force electrical impedance tomography

Ultrasound speckle is a granular texture pattern appearing in ultrasound imaging. It can be used to distinguish tissues and identify pathologies. Lorentz force electrical impedance tomography is an ultrasound-based medical imaging technique of the tissue electrical conductivity. It is based on the application of an ultrasound wave in a medium placed in a magnetic field and on the measurement of the induced electric current due to Lorentz force. Similarly to ultrasound imaging, we hypothesized that a speckle could be observed with Lorentz force electrical impedance tomography imaging. In this study, we first assessed the theoretical similarity between the measured signals in Lorentz force electrical impedance tomography and in ultrasound imaging modalities. We then compared experimentally the signal measured in both methods using an acoustic and electrical impedance interface. Finally, a bovine muscle sample was imaged using the two methods. Similar speckle patterns were observed. This indicates the existence of an "acousto-electrical speckle" in the Lorentz force electrical impedance tomography with spatial characteristics driven by the acoustic parameters but due to electrical impedance inhomogeneities instead of acoustic ones as is the case of ultrasound imaging

Analyzing riparian zone ecosystem services bundles to instruct river management

The ecosystem service framework is now well accepted for focussing management strategies to preserve and restore ecosystems. Its implementation remains challenging, however, due to the environment’s complexity and dynamics that interfere with ecosystems’ ability to provide the services. Here, we question whether we can show where and how to intervene in riparian corridors to restore specific ecosystem services without endangering others. Specific hypotheses in this context are for the spatial aggregation of ecosystem services delivered by riparian corridors with respect to naturalness (1), to the existence of bundles of ecosystem services (2), and finally for the scale sensitivity of this congruence (3). Within a Geographical Information System framework, we analyse the capacity of riparian corridors to provide ecosystem services over three river basins in the Bresse region (France) based on high-resolution data of the riparian corridor hydromorphology and land use. Specifically, we compare the capacity to provide two services: in-stream water purification and riparian retention of nutrients that are critical goals for river management and rehabilitation strategies. We observe little spatial association and high spatial variability for the two emphasized ecosystem services. Surprisingly, no congruence of ecosystem services with riparian corridor naturalness is present. The absence of associations between ecosystem services and their spatial variability will oblige environmental managers to identify underpinning environmental processes and patterns at local scales. In conclusion, we plead for fine-grained multifunctional assessment of ecosystems’ capacity to deliver services, especially in environments such as river corridors that exhibit high environmental heterogeneity

Déterminants physiques du fonctionnement écologique des hydrosystèmes d'eau courante. Modélisation multiéchelle de l'habitat aquatique. Prévision des effets écologiques de modifications physiques. Rapport de synthèse, période 1996-2001. Thème de recherche HYDRECO

[Departement_IRSTEA]GMA [TR1_IRSTEA]12 - MILEAU / HYDRECOLe présent rapport fait suite à la demande des deux évaluateurs C. Amoros et C. Teisson exprimée lors de la présentation du TR à Lyon les 16 et 17 mai 2001: produire un rapport synthétique qui selon les termes de la discussion, doit faire état des principaux indicateurs macros sur les contrats, les publications, la participation à différents types de comités, les expertises nationales et internationales. Il doit aussi dégager les priorités par thème après en avoir dressé un bilan par rapport aux ambitions initiales

Analyse des séries temporelles des populations de poissons au droit des CNPE EDF de la Loire. Rapport 3. Analyse du peuplement au droit de la CNPE de Belleville

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARE [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiplesLe 1er rapport concernant les données poissons au droit des CNPE EDF, datant de 2008 , faisait apparaître le besoin d'analyses complémentaires du peuplement piscicole, préconisant notamment l'analyse des chroniques de structures d'âges, brutes et relatives. La mise à jour des données des suivis biologiques et environnementaux (températures et débits) disponibles sur ces sites (période actuelle 1989-2012) nécessite un complément d'analyse. Dans un travail exploratoire (Communication orale au Colloque sur la Synthèse Thermie, Clamart, décembre 2013), des patterns communs de réponse des peuplements piscicoles du Rhône (suivi piscicole du CNPE du Bugey) et de la Loire (suivi piscicole du CNPE de Belleville) n'ont pu être mis en évidence sur la période 1989-2004, vraisemblablement à cause d'une trop courte période temporelle, mais aussi de compositions de communautés différentes. On reprend néanmoins dans le présent rapport les éléments de l'analyse comparée des déterminants température et débit. Le présent rapport se focalise plutôt sur une analyse plus approfondie des peuplements piscicoles au droit de la CNPE de Belleville sur une période d'observation plus longue, tout en gardant comme point de comparaison les peuplements observés au droit de la CNPE du Bugey (Rhône). Cette étude sur les jeux de données environnementaux et piscicoles complétés sur le site de Belleville (2008 à 2012) et visant à étudier sa comparabilité avec le site de Bugey a montré que : - les deux sites sont désormais clairement situés dans des zones différentes du continuum amont-aval, - les phénomènes climatiques ne sont pas immédiatement comparables, et n'y sont pas synchrones

Modélisation de l'utilisation spatio-temporelle de l'habitat par les poissons : exemple de la truite, de l'ombre commun et du barbeau fluviatile

[Departement_IRSTEA]GMAThis paper describes the structure of the EVA habitat assessment system which provides the general framework for the various programme modules. It outlines the potential development, the determining physical hydrological and water parameters, how fish select their habitat, with an innovative approach concerning the link between the current and fish movement. A methodological section describes sampling and the construction of habitat models on different scales using various statistical processing methods and the population in the habitat is checked at various places on the river. The final part, entitled "forecasts and prospects", describes reflections and progress made by experts either on technological aspects (acoustic remote measurements) or on the concept of hydrosystem management.Les travaux suivants sont présentés successivement : l'architecture du système EVA (Evaluation de l'habitat), qui fournit le cadre général d'articulation entre les différents modules du programme ; ses perpectives d'évolution sont évoquées, les déterminants physiques, en hydrologie et en hydraulique, la sélection de l'habitat par les poissons avec une approche novatrice concernant le lien entre hydrodynamisme et changement de positionnement spatial, une partie méthodologie sur l'échantillonnage et la construction de modèles d'habitat en fonction d'échelles et de traitement statistiques différents, la validation de l'aggrégation de l'habitat au niveau station et population. Une dernière partie, intitulée "prospectives et perspectives" rend compte des réflexions et des ouvertures apportées par des experts, soit sur des aspects technologiques (télémétrie acoustique), soit sur la notion de gestion des hydrosystèmes

Analyse des tendances d'évolution de peuplements de macroinvertébrés benthiques dans un contexte de réchauffement des eaux

Les effets du changement climatique sur la biodiversité à l échelle du globe sont maintenant sans équivoque. Parmi les écosystèmes affectés, les cours d eau sont particulièrement vulnérables aux fluctuations du climat. Les modifications de structure et de composition des communautés aquatiques constituent alors un signal intégrateur des réponses écologiques à ces changements climatiques. Dans certaines circonstances, ce signal peut également être exacerbé, modéré ou potentiellement masqué par d autres variations abiotiques.L objectif de ce travail de thèse était donc d évaluer l effet relatif de différents facteurs de forçage sur les tendances d évolution à long-terme des communautés de macroinvertébrés benthiques de grands cours d eau, dans un contexte de changement climatique global. Nos investigations ont ciblé plus spécifiquement la Loire moyenne car, en tant que grande rivière de plaine, elle est particulièrement concernée par les problèmes liés aux stress multiples. En ce qui concerne le choix du compartiment biologique, la faune benthique a été sélectionnée pour son intérêt reconnu en bioévaluation des cours d eau, notamment grâce à une grande diversité de réponses potentielles aux perturbations environnementales et à un certain nombre d avantages méthodologiques.Dans un premier temps, nous nous sommes appliqués à caractériser les modifications temporelles de dix paramètres abiotiques majeurs sur trois décennies (1977-2008). Nous avons notamment mis en évidence le réchauffement graduel de la Loire (c. +1,2C en moyenne annuelle sur les trois décades), couplé à une réduction significative du débit moyen (c. -25%), les deux tendances étant exacerbées en période chaude (mai-août). Dans le même temps, alors que ces modifications étaient susceptibles de provoquer une augmentation du niveau trophique du fleuve, nous avons souligné l existence d un effet confondant de l amélioration des traitements d épuration (i.e. réduction des apports en phosphore), se traduisant principalement par la baisse des concentrations en phosphates et la limitation des organismes phytoplanctoniques.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux réponses structurelles et fonctionnelles long-terme (i.e. 30 ans) des invertébrés de la Loire à ces deux évolutions concomitantes majeures. En premier lieu, nous avons constaté que le réchauffement et, dans une moindre mesure, la réduction du débit sont impliqués dans la disparition ou le déclin progressif de taxons rhéophiles et psychrophiles (e.g. Chloroperlidae). En parallèle, ces modifications hydroclimatiques expliquent une majeure partie de l apparition et de la colonisation de taxons limnophiles et thermophiles, comprenant certaines espèces invasives (e.g. Corbicula sp.). En termes de réponses fonctionnelles, ces changements s illustrent par une évolution adaptative des profils de traits biologiques cohérente avec les prédictions a priori qu il est possible de faire dans un cadre théorique. Toutefois, cette dérive progressive vers un assemblage généraliste et polluotolérant est partiellement confondue par l amélioration de la qualité d eau, qui explique l apparition de nouveaux taxons polluo-sensibles lors des dernières années (e.g. Philopotamidae). Bien qu aucune résilience taxonomique ou fonctionnelle ne soit constatée, cette tendance se manifeste, via les traits biologiques, par un transfert probable des ressources trophiques depuis les organismes phytoplanctoniques vers des biofilms épibenthiques et des macrophytes.Pour finir, nous avons exploré la variabilité spatiale multi-sites de ces tendances biotiques et abiotiques et montré que l ensemble de ces résultats, qui corrobore déjà un certain nombre d observations en Europe, constitue également un patron homogène le long de la Loire moyenne (sur près de 300 km) et entre différents hydrosystèmes (e.g. Loire, Seine, Meuse).Evidence for climate change effects on biodiversity at global scale is now unequivocal. Among impaired ecosystems, running waters are particularly vulnerable to climate fluctuations. Changes in aquatic community structure and composition are then considered as integrative signals of the ecological responses to these climate changes. Under certain circumstances, these signals can be also exacerbated, confounded or potentially obscured by other abiotic variations.Therefore, the aim of this PhD was to assess the relative effect of different drivers on longterm trends in benthic macroinvertebrate communities, in the context of global climate change. Our investigations were focused more precisely on the Middle Loire River since, as lowland large river, it is particularly concerned by the potential impact of multiple stressors. Regarding the choice of the biological model, benthic fauna has been selected according to its acknowledged interest in bioassessment of running waters, especially thanks to a great diversity of potential responses to environmental disturbances and a number of methodological advantages.First, we investigated the temporal changes of ten major abiotic parameters over three decades (1977-2008). We highlighted the gradual warming of the Loire River (c. +1.2C in the mean annual temperature over the three decades), coupled with a significant drop in mean discharge (c. -25%), both trends being exacerbated during the warm period (May-August). In the same time, although these changes were expected to induce a rise in the trophic level of the river, we emphasized a confounding effect of the wastewater treatment improvement (i.e. phosphorus input reduction), leading mainly to a drop in phosphate concentrations and a phytoplankton limitation.Second, we assessed the long-term structural and functional responses (i.e. over a 30-year period) of invertebrates of the Loire River to both major concomitant trends. On the one hand, we highlighted that water warming and to a lesser extent discharge reduction were significantly involved in the disappearance or decrease in rheophilic and psychrophilic taxa (e.g. Chloroperlidae). On the other hand, they explained also a major part of the appearance and increase of limnophilic and thermophilic taxa, including invasive species (e.g. Corbicula sp.). In terms of functional responses, these changes were illustrated by an adaptive evolution of the biological trait profiles in agreement with a priori predictions that is possible to make in a theoretical framework. However, this shift towards a generalist and pollution tolerant assemblage was partially confounded by improvement in water quality, explaining the settlement of new pollution-sensitive taxa during the last years (e.g. Philopotamidae). Although no taxonomic or functional resilience was observed, this trend was translated, via biological traits, into a probable transfer of trophic resources from phytoplankton to periphytic biofilms and macrophytes.Finally, we explored the multi-site spatial variability of these biotic and abiotic trends and we showed that our results as a whole, which supported already a number of observations in Europe, exhibited also a strong homogeneous pattern along the Middle Loire River (on nearly 300 km) and among different hydrosystems (e.g. Loire, Seine, Meuse).CLERMONT FD-Bib.électronique (631139902) / SudocSudocFranceF

Modélisation de l'utilisation spatio-temporelle de l'habitat par les poissons : exemple de la truite, de l'ombre commun et du barbeau fluviatile

[Departement_IRSTEA]GMAThis paper describes the structure of the EVA habitat assessment system which provides the general framework for the various programme modules. It outlines the potential development, the determining physical hydrological and water parameters, how fish select their habitat, with an innovative approach concerning the link between the current and fish movement. A methodological section describes sampling and the construction of habitat models on different scales using various statistical processing methods and the population in the habitat is checked at various places on the river. The final part, entitled "forecasts and prospects", describes reflections and progress made by experts either on technological aspects (acoustic remote measurements) or on the concept of hydrosystem management.Les travaux suivants sont présentés successivement : l'architecture du système EVA (Evaluation de l'habitat), qui fournit le cadre général d'articulation entre les différents modules du programme ; ses perpectives d'évolution sont évoquées, les déterminants physiques, en hydrologie et en hydraulique, la sélection de l'habitat par les poissons avec une approche novatrice concernant le lien entre hydrodynamisme et changement de positionnement spatial, une partie méthodologie sur l'échantillonnage et la construction de modèles d'habitat en fonction d'échelles et de traitement statistiques différents, la validation de l'aggrégation de l'habitat au niveau station et population. Une dernière partie, intitulée "prospectives et perspectives" rend compte des réflexions et des ouvertures apportées par des experts, soit sur des aspects technologiques (télémétrie acoustique), soit sur la notion de gestion des hydrosystèmes

Description standardisée des principaux faciès d'écoulement observables en rivière : clé de détermination qualitative et mesures physiques

National audienceThe direct visual appreciation of geomorphologic unit (GU) in running waters is always delicate. Some misinterpretation is frequent among different observers. To standardized the GU description, we proposed a decision key, based on expert experience. The first discriminative variables are the water depth (limit at D=60cm) and water velocity (limit at V = 30cm/s). They are easily observable at an average interannual low flow. Else complementary criteria are also argued, particulary the transversal water profile. Any operating advices are also given. In order to link GU and biology, it is advisable to take into account the hydrology as a dynamic physical control factor of the aquatic system. Quantitative measurements are usefull to workwith the hydraulic geometry equations. These equations linked width, depth, velocity with discharge. All of them are more pertinent variables to rely physics and biology.La détermination visuelle des facières des cours d'eau lors d'une visite de terrain est toujours délicate. Elle peut donner lieu à des appellations et des interprétations différentes de la part de plusieurs observateurs. Afin de mieux standardiser ce type d'observation, nous proposons une clé de détermination empirique basée sur une expérience d'expert. Cette clé est applicable en l'état pour les cours d'eau de taille moyenne à grande (jusqu'à plus de 100m de large) mais peut demander des adaptations pour les très petits cours d'eau (largeur inférieure à 2 m). Les variables discriminantes de premier niveau conseillées sont la hauteur d'eau (supérieure ou inférieure à 60 cm) et la vitesse d'écoulement (supérieure ou inférieure à 30 cm/s). Elles sont facilement observables lors d'un étiage moyen. D'autres critères complémentaires sont également discutés comme la forme du profil en travers. Des conseils opératoires sont prodigués. Lorsque l'on veut établir un lien entre la nature des faciès et la biologie, il est prudent de tenir compte également de l'hydrologie et donc de la dynamique temporelle des variables physiques d'habitat. Les mesures quantitatives simples proposées permettent de renseigner les équations de géométrie hydraulique qui établissent les relations entre la largeur mouillée, la hauteur d'eau, la vitesse et le débit, grandeurs plus pertinentes pour établir un lien avec la biologie