MorphoGraphX: A platform for quantifying morphogenesis in 4D.

Morphogenesis emerges from complex multiscale interactions between genetic and mechanical processes. To understand these processes, the evolution of cell shape, proliferation and gene expression must be quantified. This quantification is usually performed either in full 3D, which is computationally expensive and technically challenging, or on 2D planar projections, which introduces geometrical artifacts on highly curved organs. Here we present MorphoGraphX ( www.MorphoGraphX.org), a software that bridges this gap by working directly with curved surface images extracted from 3D data. In addition to traditional 3D image analysis, we have developed algorithms to operate on curved surfaces, such as cell segmentation, lineage tracking and fluorescence signal quantification. The software's modular design makes it easy to include existing libraries, or to implement new algorithms. Cell geometries extracted with MorphoGraphX can be exported and used as templates for simulation models, providing a powerful platform to investigate the interactions between shape, genes and growth.

Information, learning, and risk in financial markets

Cette thèse comprend trois essais qui abordent l'information le processus d'ap-prentissage ainsi que le risque dans les marchés finances. Elle se concentre d'abord sur les implications à l'équilibre de l'hétérogénéité des agents à travers un processus d'apprentissage comprtemental et de mise à jour de l'information. De plus, elle examine les effets du partage des risques dans un reseau entreprise-fournisseur. Le premier chapitre étudie les effets du biais de disponibili sur l'évaluation des actifs. Ce biais décrit le fait que les agents surestiment l'importance de l'information acquise via l'expérience personnelle. L'hétérogénéité restante des différentes perceptions individuelles amène à une volonté d'échanges. Conformé¬ment aux données empiriques, les jeunes agents échangent plus mais en même temps souffrent d'une performance inférieure. Le deuxième chapitre se penche sur l'impact qu'ont les différences de modelisation entre les agents sur leurs percevons individuelles du processus de prix, dans le contexte des projections de modèles. Les agents sujets à un biais de projection pensent être représentatifs et interprètent les opinions des autres agents comme du bruit. Les agents, avec des modèles plus persistants, perçoivent que les prix réagissent de façon excessive lors des périodes de turbulence. Le troisième chapitre analyse l'impact du partage des risques dans la relation entreprise-fournisseur sur la décision optimale de financement de l'entreprise. Il étudie l'impact sur l'optimisation de la structure du capital ainsi que sur le coût du capital. Les résultats indiquent en particulier qu'un fournisseur avec un effet de levier faible est utile pour le financement d'un nouveau projet d'investissement. Pour des projets très rentables et des fournisseurs à faible effet de levier, le coût des capitaux propres de l'entreprise peut diminuer.

Comparison of different methods to forecast hospital bed needs

Objectives : This study compares three methods to forecast the number of acute somatic hospital beds needed in a Swiss academic hospital over the period 2010-2030. Design : Information about inpatient stays is provided through a yearly mandatory reporting of Swiss hospitals, containing anonymized data. Forecast of the numbers of beds needed compares a basic scenario relying on population projections with two other methods in use in our country that integrate additional hypotheses on future trends in admission rates and length of stay (LOS).

Reply to 'Sources of uncertainties in cod distribution models'

Ingvaldsen et al. comment on our study assessing global fish interchanges between the North Atlantic and Pacific oceans for more than 500 species during the entire 21st century. They propose that discrepancies between our model projections and observed data for cod in the Barents Sea are the result of the choice of Atmosphere-Ocean General Circulation Models (AOGCMs). We address this assertion here, re-running the cod model with additional observation data from the Barents Sea1, 3, and show that the lack of open-access, archived data for the Barents Sea was the primary cause of local prediction mismatch. This finding recalls the importance of systematic deposit of biodiversity data in global databases

Statistical mechanics of multi-edge networks

Statistical properties of binary complex networks are well understood and recently many attempts have been made to extend this knowledge to weighted ones. There are, however, subtle yet important considerations to be made regarding the nature of the weights used in this generalization. Weights can be either continuous or discrete magnitudes, and in the latter case, they can additionally have undistinguishable or distinguishable nature. This fact has not been addressed in the literature insofar and has deep implications on the network statistics. In this work we face this problem introducing multiedge networks as graphs where multiple (distinguishable) connections between nodes are considered. We develop a statistical mechanics framework where it is possible to get information about the most relevant observables given a large spectrum of linear and nonlinear constraints including those depending both on the number of multiedges per link and their binary projection. The latter case is particularly interesting as we show that binary projections can be understood from multiedge processes. The implications of these results are important as many real-agent-based problems mapped onto graphs require this treatment for a proper characterization of their collective behavior.

A spatial modelling framework for assessing climate change impacts on freshwater ecosystems: Response of brown trout (Salmo trutta L.) biomass to warming water temperature

Mountain regions worldwide are particularly sensitive to on-going climate change. Specifically in the Alps in Switzerland, the temperature has increased twice as fast than in the rest of the Northern hemisphere. Water temperature closely follows the annual air temperature cycle, severely impacting streams and freshwater ecosystems. In the last 20 years, brown trout (Salmo trutta L) catch has declined by approximately 40-50% in many rivers in Switzerland. Increasing water temperature has been suggested as one of the most likely cause of this decline. Temperature has a direct effect on trout population dynamics through developmental and disease control but can also indirectly impact dynamics via food-web interactions such as resource availability. We developed a spatially explicit modelling framework that allows spatial and temporal projections of trout biomass using the Aare river catchment as a model system, in order to assess the spatial and seasonal patterns of trout biomass variation. Given that biomass has a seasonal variation depending on trout life history stage, we developed seasonal biomass variation models for three periods of the year (Autumn-Winter, Spring and Summer). Because stream water temperature is a critical parameter for brown trout development, we first calibrated a model to predict water temperature as a function of air temperature to be able to further apply climate change scenarios. We then built a model of trout biomass variation by linking water temperature to trout biomass measurements collected by electro-fishing in 21 stations from 2009 to 2011. The different modelling components of our framework had overall a good predictive ability and we could show a seasonal effect of water temperature affecting trout biomass variation. Our statistical framework uses a minimum set of input variables that make it easily transferable to other study areas or fish species but could be improved by including effects of the biotic environment and the evolution of demographical parameters over time. However, our framework still remains informative to spatially highlight where potential changes of water temperature could affect trout biomass. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.-

Improvement of allocentric spatial memory resolution in children from 2 to 4 years of age

Allocentric spatial memory, the memory for locations coded in relation to objects comprising our environment, is a fundamental component of episodic memory and is dependent on the integrity of the hippocampal formation in adulthood. Previous research from different laboratories reported that basic allocentric spatial memory abilities are reliably observed in children after 2 years of age. Based on work performed in monkeys and rats, we had proposed that the functional maturation of direct entorhinal cortex projections to the CA1 field of the hippocampus might underlie the emergence of basic allocentric spatial memory. We also proposed that the protracted development of the dentate gyrus and its projections to the CA3 field of the hippocampus might underlie the development of high-resolution allocentric spatial memory capacities, based on the essential contribution of these structures to the process known as pattern separation. Here, we present an experiment designed to assess the development of spatial pattern separation capacities and its impact on allocentric spatial memory performance in children from 18 to 48 months of age. We found that: (1) allocentric spatial memory performance improved with age, (2) as compared to younger children, a greater number of children older than 36 months advanced to the final stage requiring the highest degree of spatial resolution, and (3) children that failed at different stages exhibited difficulties in discriminating locations that required higher spatial resolution abilities. These results are consistent with the hypothesis that improvements in human spatial memory performance might be linked to improvements in pattern separation capacities.

Couples linguistiquement mixtes et appropriation des langues

Dans un monde toujours plus globalisé depuis le milieu du XXcmc siècle, le couple linguistiquement mixte est une constellation conjugale de plus en plus fréquente en Suisse comme ailleurs. Le choix du lieu de la vie commune implique souvent la migration de l'un des partenaires vers le pays de l'autre, et donc parfois vers une nouvelle langue - en l'occurrence ici le français - qu'il s'agit de s'approprier. Cette thèse se penche donc sur les liens entre ce contexte a priori positif que représente le couple, et l'appropriation langagière du/de la partenaire alloglotte. De par sa base affective, mais surtout de par le fait que la personne migrante peut compter sur quelqu'un qui est prêt et disposé à l'aider, notamment parce que la migration a été décidée dans le cadre d'un projet commun, le couple favorise la socialisation et donc le contact de la personne nouvellement arrivée avec différentes (variétés de) langues qu'elle s'approprie progressivement : contrairement à beaucoup de migrant-e-s venu-e-s seul-e-s dans un nouveau pays, le/la partenaire alloglotte de ces couples se voit souvent pourvu-e d'une famille (belle-famille et enfants), d'un réseau social (ami-e-s du partenaire francophone), et d'une médiation culturelle et linguistique utile pour accéder notamment au marché de l'emploi, mais également pour comprendre les différents enjeux sociaux dans lesquels elle se voit plongée. Cette médiation affective, linguistique et socio-culturelle proposée par le couple lui permet d'identifier plus aisément des solutions utiles pour dépasser certaines barrières sociales, économiques, administratives, linguistiques et/ou culturelles. Pour autant, le/la partenaire alloglotte du couple linguistiquement mixte est avant tout un acteur social à part entière, qui vit aussi hors du couple et s'aménage - sans doute plus vite, plus facilement et plus naturellement que d'autres migrant-e-s - ses propres modalités de socialisation, en fonction de son vécu et de ses projections pour le futur. Dans une perspective fondamentalement socioconstructiviste du développement humain, l'appropriation langagière est donc ici considérée comme la construction par la personne d'une capacité à agir dans l'espace social et dans la langue. Si l'appropriation a lieu dans et par l'interaction, il s'agit d'investiguer à la fois certains des enjeux de pouvoir dans lesquels s'inscrit cette interaction, et le sens que la personne donne à ces enjeux en fonction de sa subjectivité propre. Le cadre épistémologique de ce travail convoque ainsi des outils issus de la sociologie bourdieusienne et foucaldienne, de la sociolinguistique critique, de la psychologie sociale et de la psycho-sociolinguistique afin d'explorer certaines des limites sociales et psycho-affectives qui influencent les modalités de l'appropriation langagière de la personne alloglotte. La méthode adoptée pour explorer ces deux types de limites s'inscrit dans la tradition de la recherche sur les récits de vie, tout en s'en distanciant sur deux points. D'une part, si le récit de vie considère la personne qui se raconte comme narratrice de sa propre vie, l'autobiographie langagière réflexive met l'accent sur une démarche potentiellement formatrice lui permettant de « penser » sa trajectoire de vie en lien avec son appropriation langagière. D'autre part, les analyses menées sur ces textes écrits et oraux sont tout à la fois thématiques et discursives, puisque la manière dont les événements sont racontés permet de retracer les enjeux souvent ambivalents, parfois contradictoires, qui influencent le sens que la personne donne à son parcours avec le français et la construction de son sentiment de légitimité ou d'illégitimité à vivre en Suisse et en français. En dernière instance, cette thèse défétichise le couple, considéré comme la rencontre de deux subjectivités autour d'un projet de « vivre ensemble », plus que comme un lien romantique et amoureux. Elle défétichise la langue, comprise comme un répertoire langagier forcément plurilingue et hétéroglossique. Elle défétichise l'appropriation langagière, qui apparaît comme un effet collatéral et contextuel de la vie en couple et en société. Elle défétichise enfin le récit de soi, en le poussant vers la réflexion d'un soi ancré dans le social. Si les partenaires des huit couples interrogés ont une voix forte dans l'entier de ce texte, c'est qu'ils et elles existent comme personnes, indépendamment du couple, de la langue, de l'appropriation langagière et de la démarche autobiographique réflexive qui les font se rejoindre dans le contexte particulier de cette recherche mais qui ne constituent que certains de leurs positionnements identitaires et sociaux.

The central histaminergic neurons in vitro, and their neuroprotective role in excitotoxic cell death in the postnatal rat hippocampus.

Histamine acts as a neurotransmitter in the central nervous system. Brain histamine in synthesized in neurons located to the posterior hypothalamus, from where these neurons send their projections to different parts of the brain. Released histamine participates in the regulation of several physiological functions such as arousal, attention and body homeostasis. Disturbances in the histaminergic system have been detected in diseases such as epilepsy, sleep disorders, anxiety, depression, Alzheimer’s disease, and schizophrenia. The purpose of this thesis was to develop optimal culture conditions for the histaminergic neurons, to study their detailed morphology, and to find out their significance in the kainic acid (KA)-induced neuronal death in the immature rat hippocampus. The morphology of the histaminergic neurons in vitro was comparable with the earlier findings. Histamine-containing vesicles were found in the axon but also in the cell body and dendrites suggesting a possibility for the somatodendritic release. Moreover, histamine was shown to be colocalized with the vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) suggesting that VMAT2 transports histamine to the subcellular storage vesicles. Furthermore, histamine was localized with γ-aminobutyric acid (GABA) in distinct storage vesicles and with neuropeptide galanin partly in the same storage vesicles suggesting different corelease mechanisms for GABA and galanin with histamine. In the organotypic hippocampal slice cultures, KA-induced neuronal death was first detected 12 h after the treatment being restricted mainly to the CA3 subregion. Moreover, cell death was irreversible, since the 48 h recovery period did not save the cells, but instead increased the damage. Finally, neuronal death was suggested to be necrotic, since intracellular apoptotic pathways were not activated, and the morphological changes detected with the electron microscopy were characteristic for necrosis. In the coculture system of the hippocampal and posterior hypothalamic slices, histaminergic neurons significantly decreased epileptiform burst activity and neuronal death in the hippocampal slices, this effect being mediated by histamine 1 (H1) and 3 (H3) receptors. In conclusion, the histaminergic neurons were maintained succesfully in the in vitro conditions exhibiting comparable morphological characteristics as detected earlier in vivo. Moreover, they developed functional innervations within the hippocampal slices in the coculture system. Finally, the KA-induced regionspecific, irreversible and necrotic hippocampal pyramidal cell damage was significantly decreased by the histaminergic neurons through H1 and H3 receptors.

Assessing the use of very high resolution data to predict species distribution in a mountain environment

Nowadays, Species Distribution Models (SDMs) are a widely used tool. Using different statistical approaches these models reconstruct the realized niche of a species using presence data and a set of variables, often topoclimatic. There utilization range is quite large from understanding single species requirements, to the creation of nature reserve based on species hotspots, or modeling of climate change impact, etc... Most of the time these models are using variables at a resolution of 50km x 50km or 1 km x 1 km. However in some cases these models are used with resolutions below the kilometer scale and thus called high resolution models (100 m x 100 m or 25 m x 25 m). Quite recently a new kind of data has emerged enabling precision up to lm x lm and thus allowing very high resolution modeling. However these new variables are very costly and need an important amount of time to be processed. This is especially the case when these variables are used in complex calculation like models projections over large areas. Moreover the importance of very high resolution data in SDMs has not been assessed yet and is not well understood. Some basic knowledge on what drive species presence-absences is still missing. Indeed, it is not clear whether in mountain areas like the Alps coarse topoclimatic gradients are driving species distributions or if fine scale temperature or topography are more important or if their importance can be neglected when balance to competition or stochasticity. In this thesis I investigated the importance of very high resolution data (2-5m) in species distribution models using either very high resolution topographic, climatic or edaphic variables over a 2000m elevation gradient in the Western Swiss Alps. I also investigated more local responses of these variables for a subset of species living in this area at two precise elvation belts. During this thesis I showed that high resolution data necessitates very good datasets (species and variables for the models) to produce satisfactory results. Indeed, in mountain areas, temperature is the most important factor driving species distribution and needs to be modeled at very fine resolution instead of being interpolated over large surface to produce satisfactory results. Despite the instinctive idea that topographic should be very important at high resolution, results are mitigated. However looking at the importance of variables over a large gradient buffers the importance of the variables. Indeed topographic factors have been shown to be highly important at the subalpine level but their importance decrease at lower elevations. Wether at the mountane level edaphic and land use factors are more important high resolution topographic data is more imporatant at the subalpine level. Finally the biggest improvement in the models happens when edaphic variables are added. Indeed, adding soil variables is of high importance and variables like pH are overpassing the usual topographic variables in SDMs in term of importance in the models. To conclude high resolution is very important in modeling but necessitate very good datasets. Only increasing the resolution of the usual topoclimatic predictors is not sufficient and the use of edaphic predictors has been highlighted as fundamental to produce significantly better models. This is of primary importance, especially if these models are used to reconstruct communities or as basis for biodiversity assessments. -- Ces dernières années, l'utilisation des modèles de distribution d'espèces (SDMs) a continuellement augmenté. Ces modèles utilisent différents outils statistiques afin de reconstruire la niche réalisée d'une espèce à l'aide de variables, notamment climatiques ou topographiques, et de données de présence récoltées sur le terrain. Leur utilisation couvre de nombreux domaines allant de l'étude de l'écologie d'une espèce à la reconstruction de communautés ou à l'impact du réchauffement climatique. La plupart du temps, ces modèles utilisent des occur-rences issues des bases de données mondiales à une résolution plutôt large (1 km ou même 50 km). Certaines bases de données permettent cependant de travailler à haute résolution, par conséquent de descendre en dessous de l'échelle du kilomètre et de travailler avec des résolutions de 100 m x 100 m ou de 25 m x 25 m. Récemment, une nouvelle génération de données à très haute résolution est apparue et permet de travailler à l'échelle du mètre. Les variables qui peuvent être générées sur la base de ces nouvelles données sont cependant très coûteuses et nécessitent un temps conséquent quant à leur traitement. En effet, tout calcul statistique complexe, comme des projections de distribution d'espèces sur de larges surfaces, demande des calculateurs puissants et beaucoup de temps. De plus, les facteurs régissant la distribution des espèces à fine échelle sont encore mal connus et l'importance de variables à haute résolution comme la microtopographie ou la température dans les modèles n'est pas certaine. D'autres facteurs comme la compétition ou la stochasticité naturelle pourraient avoir une influence toute aussi forte. C'est dans ce contexte que se situe mon travail de thèse. J'ai cherché à comprendre l'importance de la haute résolution dans les modèles de distribution d'espèces, que ce soit pour la température, la microtopographie ou les variables édaphiques le long d'un important gradient d'altitude dans les Préalpes vaudoises. J'ai également cherché à comprendre l'impact local de certaines variables potentiellement négligées en raison d'effets confondants le long du gradient altitudinal. Durant cette thèse, j'ai pu monter que les variables à haute résolution, qu'elles soient liées à la température ou à la microtopographie, ne permettent qu'une amélioration substantielle des modèles. Afin de distinguer une amélioration conséquente, il est nécessaire de travailler avec des jeux de données plus importants, tant au niveau des espèces que des variables utilisées. Par exemple, les couches climatiques habituellement interpolées doivent être remplacées par des couches de température modélisées à haute résolution sur la base de données de terrain. Le fait de travailler le long d'un gradient de température de 2000m rend naturellement la température très importante au niveau des modèles. L'importance de la microtopographie est négligeable par rapport à la topographie à une résolution de 25m. Cependant, lorsque l'on regarde à une échelle plus locale, la haute résolution est une variable extrêmement importante dans le milieu subalpin. À l'étage montagnard par contre, les variables liées aux sols et à l'utilisation du sol sont très importantes. Finalement, les modèles de distribution d'espèces ont été particulièrement améliorés par l'addition de variables édaphiques, principalement le pH, dont l'importance supplante ou égale les variables topographique lors de leur ajout aux modèles de distribution d'espèces habituels.

Trabecular bone score in type 1 diabetes--a cross-sectional study.

UNLABELLED: Trabecular bone score (TBS) seems to provide additive value on BMD to identify individuals with prevalent fractures in T1D. TBS did not significantly differ between T1D patients and healthy controls, but TBS and HbA1c were independently associated with prevalent fractures in T1D. A TBS cutoff <1.42 reflected prevalent fractures with 91.7 % sensitivity and 43.2 % specificity. INTRODUCTION: Type 1 diabetes (T1D) increases the risk of osteoporotic fractures. TBS was recently proposed as an indirect measure of bone microarchitecture. This study aimed at investigating the TBS in T1D patients and healthy controls. Associations with prevalent fractures were tested. METHODS: One hundred nineteen T1D patients (59 males, 60 premenopausal females; mean age 43.4 ± 8.9 years) and 68 healthy controls matched for gender, age, and body mass index (BMI) were analyzed. The TBS was calculated in the lumbar region, based on two-dimensional (2D) projections of DXA assessments. RESULTS: TBS was 1.357 ± 0.129 in T1D patients and 1.389 ± 0.085 in controls (p = 0.075). T1D patients with prevalent fractures (n = 24) had a significantly lower TBS than T1D patients without fractures (1.309 ± 0.125 versus 1.370 ± 0.127, p = 0.04). The presence of fractures in T1D was associated with lower TBS (odds ratio = 0.024, 95 % confidence interval (CI) = 0.001-0.875; p = 0.042) but not with age or BMI. TBS and HbA1c were independently associated with fractures. The area-under-the curve (AUC) of TBS was similar to that of total hip BMD in discriminating T1D patients with or without prevalent fractures. In this set-up, a TBS cutoff <1.42 discriminated the presence of fractures with a sensitivity of 91.7 % and a specificity of 43.2 %. CONCLUSIONS: TBS values are lower in T1D patients with prevalent fractures, suggesting an alteration of bone strength in this subgroup of patients. Reliable TBS cutoffs for the prediction of fracture risk in T1D need to be determined in larger prospective studies.

Sex ratio bias, male aggression, and population collapse in lizards.

The adult sex ratio (ASR) is a key parameter of the demography of human and other animal populations, yet the causes of variation in ASR, how individuals respond to this variation, and how their response feeds back into population dynamics remain poorly understood. A prevalent hypothesis is that ASR is regulated by intrasexual competition, which would cause more mortality or emigration in the sex of increasing frequency. Our experimental manipulation of populations of the common lizard (Lacerta vivipara) shows the opposite effect. Male mortality and emigration are not higher under male-biased ASR. Rather, an excess of adult males begets aggression toward adult females, whose survival and fecundity drop, along with their emigration rate. The ensuing prediction that adult male skew should be amplified and total population size should decline is supported by long-term data. Numerical projections show that this amplifying effect causes a major risk of population extinction. In general, such an "evolutionary trap" toward extinction threatens populations in which there is a substantial mating cost for females, and environmental changes or management practices skew the ASR toward males.

Assessing the added value of wastewater-based epidemiology to monitor illicit drug use

Wastewater-based epidemiology consists in acquiring relevant information about the lifestyle and health status of the population through the analysis of wastewater samples collected at the influent of a wastewater treatment plant. Whilst being a very young discipline, it has experienced an astonishing development since its firs application in 2005. The possibility to gather community-wide information about drug use has been among the major field of application. The wide resonance of the first results sparked the interest of scientists from various disciplines. Since then, research has broadened in innumerable directions. Although being praised as a revolutionary approach, there was a need to critically assess its added value, with regard to the existing indicators used to monitor illicit drug use. The main, and explicit, objective of this research was to evaluate the added value of wastewater-based epidemiology with regards to two particular, although interconnected, dimensions of illicit drug use. The first is related to trying to understand the added value of the discipline from an epidemiological, or societal, perspective. In other terms, to evaluate if and how it completes our current vision about the extent of illicit drug use at the population level, and if it can guide the planning of future prevention measures and drug policies. The second dimension is the criminal one, with a particular focus on the networks which develop around the large demand in illicit drugs. The goal here was to assess if wastewater-based epidemiology, combined to indicators stemming from the epidemiological dimension, could provide additional clues about the structure of drug distribution networks and the size of their market. This research had also an implicit objective, which focused on initiating the path of wastewater- based epidemiology at the Ecole des Sciences Criminelles of the University of Lausanne. This consisted in gathering the necessary knowledge about the collection, preparation, and analysis of wastewater samples and, most importantly, to understand how to interpret the acquired data and produce useful information. In the first phase of this research, it was possible to determine that ammonium loads, measured directly in the wastewater stream, could be used to monitor the dynamics of the population served by the wastewater treatment plant. Furthermore, it was shown that on the long term, the population did not have a substantial impact on consumption patterns measured through wastewater analysis. Focussing on methadone, for which precise prescription data was available, it was possible to show that reliable consumption estimates could be obtained via wastewater analysis. This allowed to validate the selected sampling strategy, which was then used to monitor the consumption of heroin, through the measurement of morphine. The latter, in combination to prescription and sales data, provided estimates of heroin consumption in line with other indicators. These results, combined to epidemiological data, highlighted the good correspondence between measurements and expectations and, furthermore, suggested that the dark figure of heroin users evading harm-reduction programs, which would thus not be measured by conventional indicators, is likely limited. In the third part, which consisted in a collaborative study aiming at extensively investigating geographical differences in drug use, wastewater analysis was shown to be a useful complement to existing indicators. In particular for stigmatised drugs, such as cocaine and heroin, it allowed to decipher the complex picture derived from surveys and crime statistics. Globally, it provided relevant information to better understand the drug market, both from an epidemiological and repressive perspective. The fourth part focused on cannabis and on the potential of combining wastewater and survey data to overcome some of their respective limitations. Using a hierarchical inference model, it was possible to refine current estimates of cannabis prevalence in the metropolitan area of Lausanne. Wastewater results suggested that the actual prevalence is substantially higher compared to existing figures, thus supporting the common belief that surveys tend to underestimate cannabis use. Whilst being affected by several biases, the information collected through surveys allowed to overcome some of the limitations linked to the analysis of cannabis markers in wastewater (i.e., stability and limited excretion data). These findings highlighted the importance and utility of combining wastewater-based epidemiology to existing indicators about drug use. Similarly, the fifth part of the research was centred on assessing the potential uses of wastewater-based epidemiology from a law enforcement perspective. Through three concrete examples, it was shown that results from wastewater analysis can be used to produce highly relevant intelligence, allowing drug enforcement to assess the structure and operations of drug distribution networks and, ultimately, guide their decisions at the tactical and/or operational level. Finally, the potential to implement wastewater-based epidemiology to monitor the use of harmful, prohibited and counterfeit pharmaceuticals was illustrated through the analysis of sibutramine, and its urinary metabolite, in wastewater samples. The results of this research have highlighted that wastewater-based epidemiology is a useful and powerful approach with numerous scopes. Faced with the complexity of measuring a hidden phenomenon like illicit drug use, it is a major addition to the panoply of existing indicators. -- L'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées (ou, selon sa définition anglaise, « wastewater-based epidemiology ») consiste en l'acquisition d'informations portant sur le mode de vie et l'état de santé d'une population via l'analyse d'échantillons d'eaux usées récoltés à l'entrée des stations d'épuration. Bien qu'il s'agisse d'une discipline récente, elle a vécu des développements importants depuis sa première mise en oeuvre en 2005, notamment dans le domaine de l'analyse des résidus de stupéfiants. Suite aux retombées médiatiques des premiers résultats de ces analyses de métabolites dans les eaux usées, de nombreux scientifiques provenant de différentes disciplines ont rejoint les rangs de cette nouvelle discipline en développant plusieurs axes de recherche distincts. Bien que reconnu pour son coté objectif et révolutionnaire, il était nécessaire d'évaluer sa valeur ajoutée en regard des indicateurs couramment utilisés pour mesurer la consommation de stupéfiants. En se focalisant sur deux dimensions spécifiques de la consommation de stupéfiants, l'objectif principal de cette recherche était focalisé sur l'évaluation de la valeur ajoutée de l'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées. La première dimension abordée était celle épidémiologique ou sociétale. En d'autres termes, il s'agissait de comprendre si et comment l'analyse des eaux usées permettait de compléter la vision actuelle sur la problématique, ainsi que déterminer son utilité dans la planification des mesures préventives et des politiques en matière de stupéfiants actuelles et futures. La seconde dimension abordée était celle criminelle, en particulier, l'étude des réseaux qui se développent autour du trafic de produits stupéfiants. L'objectif était de déterminer si cette nouvelle approche combinée aux indicateurs conventionnels, fournissait de nouveaux indices quant à la structure et l'organisation des réseaux de distribution ainsi que sur les dimensions du marché. Cette recherche avait aussi un objectif implicite, développer et d'évaluer la mise en place de l'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées. En particulier, il s'agissait d'acquérir les connaissances nécessaires quant à la manière de collecter, traiter et analyser des échantillons d'eaux usées, mais surtout, de comprendre comment interpréter les données afin d'en extraire les informations les plus pertinentes. Dans la première phase de cette recherche, il y pu être mis en évidence que les charges en ammonium, mesurées directement dans les eaux usées permettait de suivre la dynamique des mouvements de la population contributrice aux eaux usées de la station d'épuration de la zone étudiée. De plus, il a pu être démontré que, sur le long terme, les mouvements de la population n'avaient pas d'influence substantielle sur le pattern de consommation mesuré dans les eaux usées. En se focalisant sur la méthadone, une substance pour laquelle des données précises sur le nombre de prescriptions étaient disponibles, il a pu être démontré que des estimations exactes sur la consommation pouvaient être tirées de l'analyse des eaux usées. Ceci a permis de valider la stratégie d'échantillonnage adoptée, qui, par le bais de la morphine, a ensuite été utilisée pour suivre la consommation d'héroïne. Combinée aux données de vente et de prescription, l'analyse de la morphine a permis d'obtenir des estimations sur la consommation d'héroïne en accord avec des indicateurs conventionnels. Ces résultats, combinés aux données épidémiologiques ont permis de montrer une bonne adéquation entre les projections des deux approches et ainsi démontrer que le chiffre noir des consommateurs qui échappent aux mesures de réduction de risque, et qui ne seraient donc pas mesurés par ces indicateurs, est vraisemblablement limité. La troisième partie du travail a été réalisée dans le cadre d'une étude collaborative qui avait pour but d'investiguer la valeur ajoutée de l'analyse des eaux usées à mettre en évidence des différences géographiques dans la consommation de stupéfiants. En particulier pour des substances stigmatisées, telles la cocaïne et l'héroïne, l'approche a permis d'objectiver et de préciser la vision obtenue avec les indicateurs traditionnels du type sondages ou les statistiques policières. Globalement, l'analyse des eaux usées s'est montrée être un outil très utile pour mieux comprendre le marché des stupéfiants, à la fois sous l'angle épidémiologique et répressif. La quatrième partie du travail était focalisée sur la problématique du cannabis ainsi que sur le potentiel de combiner l'analyse des eaux usées aux données de sondage afin de surmonter, en partie, leurs limitations. En utilisant un modèle d'inférence hiérarchique, il a été possible d'affiner les actuelles estimations sur la prévalence de l'utilisation de cannabis dans la zone métropolitaine de la ville de Lausanne. Les résultats ont démontré que celle-ci est plus haute que ce que l'on s'attendait, confirmant ainsi l'hypothèse que les sondages ont tendance à sous-estimer la consommation de cannabis. Bien que biaisés, les données récoltées par les sondages ont permis de surmonter certaines des limitations liées à l'analyse des marqueurs du cannabis dans les eaux usées (i.e., stabilité et manque de données sur l'excrétion). Ces résultats mettent en évidence l'importance et l'utilité de combiner les résultats de l'analyse des eaux usées aux indicateurs existants. De la même façon, la cinquième partie du travail était centrée sur l'apport de l'analyse des eaux usées du point de vue de la police. Au travers de trois exemples, l'utilisation de l'indicateur pour produire du renseignement concernant la structure et les activités des réseaux de distribution de stupéfiants, ainsi que pour guider les choix stratégiques et opérationnels de la police, a été mise en évidence. Dans la dernière partie, la possibilité d'utiliser cette approche pour suivre la consommation de produits pharmaceutiques dangereux, interdits ou contrefaits, a été démontrée par l'analyse dans les eaux usées de la sibutramine et ses métabolites. Les résultats de cette recherche ont mis en évidence que l'épidémiologie par l'analyse des eaux usées est une approche pertinente et puissante, ayant de nombreux domaines d'application. Face à la complexité de mesurer un phénomène caché comme la consommation de stupéfiants, la valeur ajoutée de cette approche a ainsi pu être démontrée.

Computing the diameter of Coxeter groups

This thesis addresses the problem of computing the minimal and maximal diameter of the Cayley graph of Coxeter groups. We first present and assert relevant parts of polytope theory and related Coxeter theory. After this, a method of contracting the orthogonal projections of a polytope from Rd onto R2 and R3, d ¸ 3 is presented. This method is the Equality Set Projection algorithm that requires a constant number of linearprogramming problems per facet of the projection in the absence of degeneracy. The ESP algorithm allows us to compute also projected geometric diameters of high-dimensional polytopes. A representation set of projected polytopes is presented to illustrate the methods adopted in this thesis.