The application of chemometrics on Infrared and Raman spectra as a tool for the forensic analysis of paints

The aim of this work is to evaluate the capabilities and limitations of chemometric methods and other mathematical treatments applied on spectroscopic data and more specifically on paint samples. The uniqueness of the spectroscopic data comes from the fact that they are multivariate - a few thousands variables - and highly correlated. Statistical methods are used to study and discriminate samples. A collection of 34 red paint samples was measured by Infrared and Raman spectroscopy. Data pretreatment and variable selection demonstrated that the use of Standard Normal Variate (SNV), together with removal of the noisy variables by a selection of the wavelengths from 650 to 1830 cm−1 and 2730-3600 cm−1, provided the optimal results for infrared analysis. Principal component analysis (PCA) and hierarchical clusters analysis (HCA) were then used as exploratory techniques to provide evidence of structure in the data, cluster, or detect outliers. With the FTIR spectra, the Principal Components (PCs) correspond to binder types and the presence/absence of calcium carbonate. 83% of the total variance is explained by the four first PCs. As for the Raman spectra, we observe six different clusters corresponding to the different pigment compositions when plotting the first two PCs, which account for 37% and 20% respectively of the total variance. In conclusion, the use of chemometrics for the forensic analysis of paints provides a valuable tool for objective decision-making, a reduction of the possible classification errors, and a better efficiency, having robust results with time saving data treatments.

A deterministic model to assess the impact of AIDS interventions in countries with generalized HIV epidemic. An application to Botswana

General introductionThe Human Immunodeficiency/Acquired Immunodeficiency Syndrome (HIV/AIDS) epidemic, despite recent encouraging announcements by the World Health Organization (WHO) is still today one of the world's major health care challenges.The present work lies in the field of health care management, in particular, we aim to evaluate the behavioural and non-behavioural interventions against HIV/AIDS in developing countries through a deterministic simulation model, both in human and economic terms. We will focus on assessing the effectiveness of the antiretroviral therapies (ART) in heterosexual populations living in lesser developed countries where the epidemic has generalized (formerly defined by the WHO as type II countries). The model is calibrated using Botswana as a case study, however our model can be adapted to other countries with similar transmission dynamics.The first part of this thesis consists of reviewing the main mathematical concepts describing the transmission of infectious agents in general but with a focus on human immunodeficiency virus (HIV) transmission. We also review deterministic models assessing HIV interventions with a focus on models aimed at African countries. This review helps us to recognize the need for a generic model and allows us to define a typical structure of such a generic deterministic model.The second part describes the main feed-back loops underlying the dynamics of HIV transmission. These loops represent the foundation of our model. This part also provides a detailed description of the model, including the various infected and non-infected population groups, the type of sexual relationships, the infection matrices, important factors impacting HIV transmission such as condom use, other sexually transmitted diseases (STD) and male circumcision. We also included in the model a dynamic life expectancy calculator which, to our knowledge, is a unique feature allowing more realistic cost-efficiency calculations. Various intervention scenarios are evaluated using the model, each of them including ART in combination with other interventions, namely: circumcision, campaigns aimed at behavioral change (Abstain, Be faithful or use Condoms also named ABC campaigns), and treatment of other STD. A cost efficiency analysis (CEA) is performed for each scenario. The CEA consists of measuring the cost per disability-adjusted life year (DALY) averted. This part also describes the model calibration and validation, including a sensitivity analysis.The third part reports the results and discusses the model limitations. In particular, we argue that the combination of ART and ABC campaigns and ART and treatment of other STDs are the most cost-efficient interventions through 2020. The main model limitations include modeling the complexity of sexual relationships, omission of international migration and ignoring variability in infectiousness according to the AIDS stage.The fourth part reviews the major contributions of the thesis and discusses model generalizability and flexibility. Finally, we conclude that by selecting the adequate interventions mix, policy makers can significantly reduce the adult prevalence in Botswana in the coming twenty years providing the country and its donors can bear the cost involved.Part I: Context and literature reviewIn this section, after a brief introduction to the general literature we focus in section two on the key mathematical concepts describing the transmission of infectious agents in general with a focus on HIV transmission. Section three provides a description of HIV policy models, with a focus on deterministic models. This leads us in section four to envision the need for a generic deterministic HIV policy model and briefly describe the structure of such a generic model applicable to countries with generalized HIV/AIDS epidemic, also defined as pattern II countries by the WHO.

Un partenariat public-privé rigide ou flexible ? Théorie et application aux concessions routières à péage

In this article, we explore the contractual design of toll road concession contracts. We highlight the fact that contracting parties try to sign not only complete rigid contracts in order to avoid renegotiations but also flexible contracts in order to adapt contractual framework to contingencies and to create incentives for cooperative behavior. This gives rise to multiple toll adjustment provisions and to a tradeoff between rigid and flexible contracts. Such a tradeoff is formalized using an incomplete contract framework - including ex post maladaptation and renegotiation costs - and propositions are tested using an original database of 71 concession contracts. Our results suggest an important role for economic efficiency concerns, as well as politics, in designing such public-private contracts. Codes JEL : D23, H11, H54, L14, L9.

Employment risk, unemployment insurance and search strategies: a disaggregated equilibrium approach with application to the Swiss labour market in the 1990-ies

The Organization of the Thesis The remainder of the thesis comprises five chapters and a conclusion. The next chapter formalizes the envisioned theory into a tractable model. Section 2.2 presents a formal description of the model economy: the individual heterogeneity, the individual objective, the UI setting, the population dynamics and the equilibrium. The welfare and efficiency criteria for qualifying various equilibrium outcomes are proposed in section 2.3. The fourth section shows how the model-generated information can be computed. Chapter 3 transposes the model from chapter 2 in conditions that enable its use in the analysis of individual labor market strategies and their implications for the labor market equilibrium. In section 3.2 the Swiss labor market data sets, stylized facts, and the UI system are presented. The third section outlines and motivates the parameterization method. In section 3.4 the model's replication ability is evaluated and some aspects of the parameter choice are discussed. Numerical solution issues can be found in the appendix. Chapter 4 examines the determinants of search-strategic behavior in the model economy and its implications for the labor market aggregates. In section 4.2, the unemployment duration distribution is examined and related to search strategies. Section 4.3 shows how the search- strategic behavior is influenced by the UI eligibility and section 4.4 how it is determined by individual heterogeneity. The composition effects generated by search strategies in labor market aggregates are examined in section 4.5. The last section evaluates the model's replication of empirical unemployment escape frequencies reported in Sheldon [67]. Chapter 5 applies the model economy to examine the effects on the labor market equilibrium of shocks to the labor market risk structure, to the deep underlying labor market structure and to the UI setting. Section 5.2 examines the effects of the labor market risk structure on the labor market equilibrium and the labor market strategic behavior. The effects of alterations in the labor market deep economic structural parameters, i.e. individual preferences and production technology, are shown in Section 5.3. Finally, the UI setting impacts on the labor market are studied in Section 5.4. This section also evaluates the role of the UI authority monitoring and the differences in the Way changes in the replacement rate and the UI benefit duration affect the labor market. In chapter 6 the model economy is applied in counterfactual experiments to assess several aspects of the Swiss labor market movements in the nineties. Section 6.2 examines the two equilibria characterizing the Swiss labor market in the nineties, the " growth" equilibrium with a "moderate" UI regime and the "recession" equilibrium with a more "generous" UI. Section 6.3 evaluates the isolated effects of the structural shocks, while the isolated effects of the UI reforms are analyzed in section 6.4. Particular dimensions of the UI reforms, the duration, replacement rate and the tax rate effects, are studied in section 6.5, while labor market equilibria without benefits are evaluated in section 6.6. In section 6.7 the structural and institutional interactions that may act as unemployment amplifiers are discussed in view of the obtained results. A welfare analysis based on individual welfare in different structural and UI settings is presented in the eighth section. Finally, the results are related to more favorable unemployment trends after 1997. The conclusion evaluates the features embodied in the model economy with respect to the resulting model dynamics to derive lessons from the model design." The thesis ends by proposing guidelines for future improvements of the model and directions for further research.

Evaluation des pratiques d'irrigation, de fertilisation et d'application de pesticides dans l'agriculture périurbaine de Dakar, Sénégal

RESUMEL'agriculture urbaine et périurbalne - nommée ci-après AU - est un thème fort de recherche transversale, au vu des nombreux enjeux économiques, sociaux et environnementaux. L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle locale, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée sans porter atteinte à la santé et à l'environnement.Une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans ie sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.L'évaluation des impacts de l'irrigation avec des eaux usées brutes et des eaux de nappe saumâtres sur la qualité des sols (chapitre 2) a montré que l'alcalinité et les teneurs en calcium élevées des eaux saumâtres induisent la précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol. Na remplace consécutivement Ca sur le complexe argilo-humique du sol et les bicarbonates diminuent dans la solution du sol. Le carbone organique dissout (COD) augmente significativement dans la solution du sol et dans la nappe sous-jacente. Malgré l'alcalinité et les teneurs très élevées en calcium des eaux usées, il y a peu de précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol et une faible augmentation du sodium échangeable ESP. La nitrification de l'ammonium des eaux usées (moy 190mg/L à Pikine) produit des protons, qui ne sont plus tamponnés par les bicarbonates exportés hors du profil. Il y a alors une nette baisse de pH des sols irrigués par des eaux usées non traitées. Les sols irrigués par des eaux usées et saumâtres stockent moins de C et Ν que les sols de référence.L'évaluation de l'influence de l'occupation des sols en zone périurbaine sur à la nappe phréatique peu profonde (chapitre 3) a permis de déterminer les traceurs représentatifs de l'occupation du sol, à savoir Br/CI, NO3/CI et δ180-Ν03 pour l'irrigation par des eaux usées, pH et δ15Ν-Ν03 pour l'irrigation par des eaux de nappe, et Rb+Cr et Κ pour les lixiviats de fosses septiques. Ce chapitre a mis en évidence des points importants de la dynamique de l'azote en zone périurbaine sous deux occupations du sol : (1) la dénitrification est un processus important dans l'agrosystème périurbain de Dakar en bas de dune, dans les gleysols où l'on trouve des conditions temporairement réduites et un substrat organique favorables aux microorganismes de la dénitrification. Les teneurs en nitrates sont presque nulles avec irrigation d'eau de nappe. (2) en bas de pente, mais avec irrigation quotidienne par les eaux usées, l'apport continu d'ammonium inhibe probablement la dénitrification, mais favorise la volatilisation. (3) la nitrification de l'ammonium dans la nappe lors de la lixiviation des fosses septiques se distingue de la nitrification de l'ammonium dans la zone non saturée dans la zone d'agriculture périurbaine par la composition isotopique de l'oxygène de l'eau. Une comparaison des flux d'azote entre l'agrosystème et les quartiers périurbains de Dakar (chapitre 4) ont révélé que ces derniers étaient du même ordre de grandeur par unité de surface, à savoir 2-4 tonnes Ν /ha/an.L'évaluation des flux de pesticides dans l'agrosystème et des risques induits pour les eaux souterraines (chapitre 5) a révélé un fiux total de pesticides de 60kg/ha/an, totalisant 15 matières actives. Seules deux de ces matières actives sont autorisées par le comité des pesticides sahélien. Les pesticides les plus utilisés par les producteurs sont l'organochloré dicofol, les organophosphorés methamidophos, dimethoate et fenithrotion ainsi que le cabamate methomyl. Les flux les plus importants sont de 9 à 7 kg/ha/an (methomyl, methamidophos, ethoprophos et dicofol). Les pesticides qui présentent un risque élevé de contamination des eaux souterraines et qui devraient être prioritaires pour un suivi analytique sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, une meilleure gestion de la fertilisation est nécessaire dans la zone d'AU de Dakar, afin de (1) réduire les pertes gazeuses qui contribuent à l'effet de serre, (2) de ralentir la minéralisation du carbone et de l'azote organiques pour créer un stock de C et Ν dans ces sols, (3) de limiter le lessivage dans la nappe et enfin, 4) d'augmenter l'efficacité d'utilisation de Ν par les plantes. Une optimisation de l'irrigation devrait limiter l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et les mares permanentes.ABSTRACTUrban and periurban agriculture (UA) is an important issue in southern countries, because of its key role in their social and economical development and its environmental concern. The goal of this study was to contribute to a better understanding of pollutant transfer and nutrient cycling at the local scale, in order to implement the necessary improvements to guarantee the sustainability of this practice.An approach based on geochemical processes occurring in the vadose zone from the surface down to the groundwater level was chosen, at the scale of cultivated plots and at the regional scale of Dakar periurban areas, to determine the influence of land use.The assessment of irrigation with untreated domestic wastewater and brackish water on soil quality (chapter 2) showed: (1) that the high alkalinity and calcium contents of brackish water induce CaC03 precipitation in the top layer of the soil and therefore a replacement of Ca by Na on the clay- humic complexes, strongly marked during the dry season. Dissolved organic carbon (DOC) increased significantly in the soil solution and in the underlying groundwater. (2) in spite of the similarly high alkalinity and Ca contents of waste water, there is only little CaC03 precipitation and a low increase of the percentage of exchangeable sodium (ESP) in the soil top layer. The nitrification of the ammonium of wastewater (mean 190 mg/L in Pikine) produces protons, which are not any more buffered by bicarbonates exported out of the soil profile, which leads to a net decline of soil pH. Both soils irrigated with untreated wastewater and brackish water store less of C and Ν than soils irrigated with non saline groundwater.The assessment of the impact of land use on the shallow groundwater (chapter 3) allowed determining representative tracers of the land use. Low Br/CI ratio, high NO3/CI ratio and low δ1βΟ- nitrate indicated the influence of wastewater; high pH and high 515N-nitrates indicated the influence of brackish water together with high amendments of organic fertilizers; high Rb+Cr and Κ indicated the influence of poor sanitation facilities in periurban districts (septic tank leakage). This chapter also pointed out the following facts about the nitrogen dynamics : (1) denitrification is a key-process in the Dakar UA agrosystem in the gleysols irrigated with groundwater. The underlying groundwater is almost nitrate free. (2) in the Gleysols irrigated with waste water, ammonium inhibits denitrification but facilitate ammoniac volatilization. A comparison of nitrogen balance between the UA agrosystem and the periurban districts of Dakar (chapter 4) revealed similar flows per surface unit, namely 2-4 tons Ν / ha / year.The evaluation of pesticides use in the UA agrosystem and the risk assessment for the groundwater (chapter 5) revealed a total flow of pesticides of 60kg / ha / year, totalizing 15 active substances. Only two of these are authorized by the Sahelian Pesticides Committee. The most used pesticides are dicofol (organochlorinated), methamidophos, dimethoate and fenithrotion (organophosphate) as well as methomyl. (carbamate). The most important flows vary between 9 to 7 kg / ha / year. Pesticides with a high risk of groundwater contamination - according to SIRIS and EPRIP 2 indicators - are: carbofuran, dimethoate, ethoprophos and methomyl. These substances should be established as a priority for an analytical follow-up in the different environmental compartments.In conclusion, a better management of the fertilization is necessary in the Dakar UA, (1) to reduce the gaseous losses which contribute to greenhouse emissions (2) to slow down the mineralization of the organic carbon and the nitrogen, in order to enhance the C and Ν stock in these soils, (3) to limit the nitrate leaching in the groundwater and finally, 4) to increase the N-use efficiency of plants. An optimization of the irrigation scheme should limit the secondary sodisation if coupled with an increase the stable organic matter of the soil. An integrated or biologic crop pest strategy is urgently needed to minimize risks with respect to ground and surface water (ponds used for fishing).RESUME LARGE PUBLICL'agriculture mondiale connaît actuellement une crise majeure, affectée par les changements climatiques, la sécurité alimentaire et les dégradations de l'environnement. Elle n'a plus le rôle unique de produire, mais devient un élément essentiel de la protection des ressources naturelles et du paysage. Les politiques agricoles basées sur les marchés mondiaux devront se réorienter vers une agriculture locale basée sur le développement durable.La production alimentaire située dans l'enceinte des villes, nommée agriculture urbaine ou périurbaine (AU ci-après) joue un rôle important dans le contexte actuel d'accroissement de la population et de la pauvreté urbaines. L'AU concerne en effet la majorité des mégapoies du monde, fait vivre plus de 200 millions de personnes dans les pays du Sud, fournit jusqu'à 80% de la demande urbaine en certains produits frais, fait barrière à l'extension urbaine et permet un recyclage de certains déchets urbains. L'AU a pour particularité d'être à cheval entre des politiques rurales et urbaines, d'où un délaissement ce cette activité au secteur informel. Ce qui a développé de nombreuses stratégies à risques, comme à Dakar, où les petits producteurs périurbains irriguent quotidiennement avec des eaux usées domestiques par manque d'accès à une eau de bonne qualité et pour raccourcir les cycles de production. L'extrême précarité foncière des acteurs de l'AU de Dakar les empêchent d'investir à long terme et induit des pratiques inadéquates d'irrigation, d'usage de pesticides et de fertilisation de ces sols sableux.L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle des parcelles cultivées par des eaux usées et des eaux saumâtres, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée et surtout maintenue sans porter atteinte à la santé et à l'environnement. Pour cela, une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans le sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.Les résultats principaux de cette étude ont montré que (1) il y a un processus de salinisation anthropique des sols (sodisation) lors d'irrigation avec des eaux de nappe saumâtres, un processus accentué en saison sèche et lors d'années à pluviométrie déficitaire. Bien que les eaux usées soient aussi salines que les eaux de nappe, la salinisation des sols irrigués' par des eaux usées est limitée par l'ammonium présent dans les eaux usées (moy 190mg NH4/L à Pikine) qui produit de l'acidité lors de la transformation en nitrates dans le sol (nitrification). (2) les sols irrigués par des eaux usées (EU) stockent moins de C et Ν que les sois de référence, ce qui montrent bien que l'azote des eaux usées n'est pas disponible pour les plantes, mais est lessivé dans la nappe (100 à 450 mg/L N03 sous irrigation par EU, alors que la limite de OMS est de 50mg/L). (3) l'utilisation des isotopes stables des nitrates et des éléments traces, notamment le bore et le brome, ont permis de distinguer l'influence de l'irrigation par des eaux usées, de l'irrigation par des eaux de nappe et des lixiviats de fosses septiques sur les propriétés de la nappe. (4) Le processus de la dénitrification (atténuation naturelle des concentrations en nitrates de la nappe par biotransformation en azote gazeux) est important dans les zones basses de l'agrosystème périurbain de Dakar, sous irrigation par eaux naturelles (ΝΟ3 < 50mg/L). Tandis que sous habitat sans assainissement adéquat, les nitrates atteignent 300 à 700 mg/L. (5) Le flux total de pesticides dans l'AU est énorme (60kg/ha/an) totalisant 15 pesticides, dont deux seulement sont autorisés. Les pesticides les plus utilisés sont des insecticides organophosphorés et organochlorés classés extrêmement dangereux à dangereux par l'OMS, appliqués à des doses de 2 à 9 kg/ha/an. Les pesticides qui ont montré un risque élevé de contamination des eaux souterraines avec les indicateurs SIRIS et EPRIP2 sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, nous recommandons la reconstitution d'un horizon superficiel des sols riche en matière organique stable et structuré par production locale de compost. Cette mesure réduira les pertes gazeuses contribuant à l'effet de serre, augmentera le stock de Ν dans ces sols, alors utilisable par les plantes et permettra de diminuer l'irrigation car la capacité de rétention de l'eau dans le sol sera accru, ce qui limitera le lessivage des nitrates dans la nappe et l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et lesmares permanentes.

Protein pocket and ligand shape comparison and its application in virtual screening.

Understanding molecular recognition is one major requirement for drug discovery and design. Physicochemical and shape complementarity between two binding partners is the driving force during complex formation. In this study, the impact of shape within this process is analyzed. Protein binding pockets and co-crystallized ligands are represented by normalized principal moments of inertia ratios (NPRs). The corresponding descriptor space is triangular, with its corners occupied by spherical, discoid, and elongated shapes. An analysis of a selected set of sc-PDB complexes suggests that pockets and bound ligands avoid spherical shapes, which are, however, prevalent in small unoccupied pockets. Furthermore, a direct shape comparison confirms previous studies that on average only one third of a pocket is filled by its bound ligand, supplemented by a 50 % subpocket coverage. In this study, we found that shape complementary is expressed by low pairwise shape distances in NPR space, short distances between the centers-of-mass, and small deviations in the angle between the first principal ellipsoid axes. Furthermore, it is assessed how different binding pocket parameters are related to bioactivity and binding efficiency of the co-crystallized ligand. In addition, the performance of different shape and size parameters of pockets and ligands is evaluated in a virtual screening scenario performed on four representative targets.