Regularity and mass conservation for discrete coagulation-fragmentation equations with diffusion

We present a new a-priori estimate for discrete coagulation fragmentation systems with size-dependent diffusion within a bounded, regular domain confined by homogeneous Neumann boundary conditions. Following from a duality argument, this a-priori estimate provides a global L2 bound on the mass density and was previously used, for instance, in the context of reaction-diffusion equations. In this paper we demonstrate two lines of applications for such an estimate: On the one hand, it enables to simplify parts of the known existence theory and allows to show existence of solutions for generalised models involving collision-induced, quadratic fragmentation terms for which the previous existence theory seems difficult to apply. On the other hand and most prominently, it proves mass conservation (and thus the absence of gelation) for almost all the coagulation coefficients for which mass conservation is known to hold true in the space homogeneous case.

Two weight inequalities for discrete positive operators

"Vegeu el resum a l'inici del document del fitxer adjunt."

Nash equilibrium strategies in discrete-time finite-horizon dynamic games with risk-and effort-averse players

The objective of this paper is to re-examine the risk-and effort attitude in the context of strategic dynamic interactions stated as a discrete-time finite-horizon Nash game. The analysis is based on the assumption that players are endogenously risk-and effort-averse. Each player is characterized by distinct risk-and effort-aversion types that are unknown to his opponent. The goal of the game is the optimal risk-and effort-sharing between the players. It generally depends on the individual strategies adopted and, implicitly, on the the players' types or characteristics.

Optimisation de la cryo microscopie électronique pour les études des minicercles d'ADN

RESUME : Bien que les propriétés physiques de la structure de l'ADN aient été intensivement étudiées pendant plus de 50 ans il y a encore beaucoup de questions importantes qui attendent des réponses. Par exemple, qu'arrive-t-il à la structure de la double hélice d'ADN nue (sans protéines liées) lorsqu'elle est fortement courbée, de la même manière que dans les nucléosomes? Cet ADN nu est-il facilement plié (il reste dans le régime élastique) ou réduit-il la contrainte de flexion en formant des sites hyperflexibles «kinks» (il sort du régime élastique en cassant l'empilement des paires de bases à certains endroits) ? La microscopie électronique peut fournir une réponse à cette question par visualisation directe des minicercles d'ADN de la longueur d'un tour de nucléosome (environ 90 paires de bases). Pour que la réponse soit scientifiquement valide, on doit observer les molécules d'ADN lorsqu'elles sont en suspension dans la solution d'intérêt et sans que des colorations, produits chimiques ou fixatifs n'aient été ajoutés, étant donné que ceux-ci peuvent changer les propriétés de l'ADN. La technique de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) développée par le groupe de Jacques Dubochet au début des années 80, permet la visualisation directe des molécules d'ADN suspendues dans des couche minces vitrifiées de solutions aqueuses. Toutefois, le faible contraste qui caractérise la cryo-EM combinée avec la très petite taille des minicercles d'ADN rendent nécessaire l'optimisation de plusieurs étapes, aussi bien dans la préparation des échantillons que dans le processus d'acquisition d'images afin d'obtenir deux clichés stéréo qui permettent la reconstruction 3-D des minicercles d'ADN. Dans la première partie de ma thèse, je décris l'optimisation de certains paramètres pour la cryoEM et des processus d'acquisition d'image utilisant comme objets de test des plasmides et d'autres molécules d'ADN. Dans la deuxième partie, je .décris comment j'ai construit les minicercles d'ADN de 94 bp et comment j'ai introduit des modifications structurelles comme des coupures ou des lacunes. Dans la troisième partie, je décris l'analyse des reconstructions des rninicercles d'ADN. Cette analyse, appuyée par des tests biochimiques, indique fortement que des molécules d'ADN sont capables de former de petites molécules circulaires de 94 bp sans dépasser les limites d'élasticité, indiquant que les minicercles adoptent une forme circulaire régulière où la flexion est redistribuée le long la molécule. ABSTRACT : Although physical properties of DNA structure have been intensively studied for over 50 years there are still many important questions that need to be answered. For example, what happens to protein-free double-stranded DNA when it is strongly bent, as in DNA forming nucleosomes? Is such protein-free DNA smoothly bent (i.e. it remains within elastic limits of DNA rigidity) or does it release its bending stress by forming sharp kinks (i.e. it exits the elastic regime and breaks the stacking between neighbouring base-pairs in localized regions)? Electron microscopy can provide an answer to this question by directly visualizing DNA minicircles that have the size of nucleosome gyres (ca 90 bp). For the answer to be scientifically valid, one needs to observe DNA molecules while they are still suspended in the solution of interest and no staining chemicals or fixatives have been added since these can change the properties of the DNA. CryoEM techniques developed by Jacques Dubochet's group beginning in the 1980's permit direct visualization of DNA molecules suspended in cryo-vitrified layers of aqueous solutions. However, a relatively weak contrast of cryo-EM preparations combined with the very small size of the DNA minicircles made it necessary to optimize many of the steps and parameters of the cryo-EM specimen preparation and image acquisition processes in order to obtain stereo-pairs of images that permit the 3-D reconstruction of the observed DNA minicircles. In the first part of my thesis I describe the optimization of the cryo-EM preparation and the image acquisition processes using plasmid size DNA molecules as a test object. In the second part, I describe how I formed the 94 by DNA minicircles and how I introduced structural modifications like nicks or gaps. In the third part, I describe the cryo-EM analysis of the constructed DNA minicircles. That analysis, supported by biochemical tests, strongly indicates that DNA minicircles as small as 94 by remain within the elastic limits of DNA structure, i.e. the minicircles adopt a regular circular shape where bending is redistributed along the molecules.

Discrete time Non-homogeneous Semi-Markov Processes applied to Models for Disability Insurance

In this paper, we present a stochastic model for disability insurance contracts. The model is based on a discrete time non-homogeneous semi-Markov process (DTNHSMP) to which the backward recurrence time process is introduced. This permits a more exhaustive study of disability evolution and a more efficient approach to the duration problem. The use of semi-Markov reward processes facilitates the possibility of deriving equations of the prospective and retrospective mathematical reserves. The model is applied to a sample of contracts drawn at random from a mutual insurance company.

Améliorations et optimisation globale de la méthode des analogues pour la prévision statistique des précipitations. Développement d'un outil de prévision et application opérationnelle au bassin du Rhône à l'amont du Léman.

Le bassin du Rhône à l'amont du Léman peut être sujet à de fortes précipitations en mesure de provoquer des crues significatives. L'objectif du projet MINERVE dans lequel s'inscrit le présent travail consiste à fournir des outils pour la prévision et la gestion des crues par des actions préventives sur les aménagements hydroélectriques à accumulation. Pour satisfaire ce dernier, il est nécessaire de prévoir au mieux les cumuls de précipitations pour les jours suivants. Ceci est actuellement effectué par le modèle numérique de prévision de MétéoSuisse ; mais, en raison des grandes incertitudes liées à la quantification des événements extrêmes, il a été décidé qu'une approche parallèle de nature statistique pourrait compléter l'information disponible. Ainsi, nous avons adapté la méthode des analogues, qui est une technique de prévision statistique des précipitations, au contexte alpin du bassin d'étude. Pour ce faire, plusieurs paramétrisations de la méthode ont été documentées et calibrées. Afin de prendre en main la méthode, nous avons effectué de multiples analyses paramétriques sur les variables synoptiques, mais également sur la constitution de groupements pluviométriques. Une partie conséquente de cette étude a été consacrée à la programmation d'un logiciel de prévision automatique par la méthode des analogues, ainsi qu'à un outil de visualisation des résultats sous forme de cartes et graphiques. Ce logiciel, nommé Atmoswing, permet d'implémenter un grand nombre de méthodes différentes de prévision par analogie. L'outil est opérationnel depuis mi-2011 et nous a permis de confirmer l'intérêt de la prévision par analogie. La méthode étant ici appliquée à un nouveau contexte, un grand nombre de variables synoptiques ont été évaluées. Nous avons alors confirmé l'intérêt des deux niveaux d'analogie sur la circulation atmosphérique et sur le flux d'humidité, tout en apportant des améliorations à celles-ci. Il en résulte des paramétrisations présentant des scores de performance supérieurs aux méthodes de référence considérées. Nous avons également évalué d'autres améliorations, comme l'introduction d'une fenêtre temporelle glissante afin de rechercher de meilleures analogies synoptiques à d'autres heures de la journée, ce qui s'est avéré intéressant, tout comme une prévision infrajournalière à pas de temps de 6 h. Finalement, nous avons introduit une technique d'optimisation globale, les algorithmes génétiques, capable de calibrer la méthode des analogues en considérant tous les paramètres des différents niveaux d'analogie de manière conjointe. Avec cette technique, nous pouvons nous approcher objectivement d'une paramétrisation optimale. Le choix des niveaux atmosphériques et des fenêtres temporelles et spatiales étant automatisé, cette technique peut engendrer un gain de temps, même si elle est relativement exigeante en calculs. Nous avons ainsi pu améliorer la méthode des analogues, et y ajouter de nouveaux degrés de liberté, notamment des fenêtres spatiales et des pondérations différenciées selon les niveaux atmosphériques retenus.

Trypanosoma cruzi strains isolated from human, vector, and animal reservoir in the same endemic region in Mexico and typed as T. cruzi I, discrete typing unit 1 exhibit considerable biological diversity

In this study, three strains of Trypanosoma cruzi were isolated at the same time and in the same endemic region in Mexico from a human patient with chronic chagasic cardiomyopathy (RyC-H); vector (Triatoma barberi) (RyC-V); and rodent reservoir (Peromyscus peromyscus) (RyC-R). The three strains were characterized by multilocus enzyme electrophoresis, random amplified polymorphic DNA, and by pathological profiles in experimental animals (biodemes). Based on the analysis of genetic markers the three parasite strains were typed as belonging to T. cruzi I major group, discrete typing unit 1. The pathological profile of RyC-H and RyC-V strains indicated medium virulence and low mortality and, accordingly, the strains should be considered as belonging to biodeme Type III. On the other hand, the parasites from RyC-R strain induced more severe inflammatory processes and high mortality (> 40%) and were considered as belonging to biodeme Type II. The relationship between genotypes and biological characteristics in T. cruzi strains is still debated and not clearly understood. An expert committee recommended in 1999 that Biodeme Type III would correspond to T. cruzi I group, whereas Biodeme Type II, to T. cruzi II group. Our findings suggest that, at least for Mexican isolates, this correlation does not stand and that biological characteristics such as pathogenicity and virulence could be determined by factors different from those identified in the genotypic characterization

A discrete forest in a continuous landscape : investigating interactions between natural resource management and sustainable development

Summary Forests are key ecosystems of the earth and associated with a large range of functions. Many of these functions are beneficial to humans and are referred to as ecosystem services. Sustainable development requires that all relevant ecosystem services are quantified, managed and monitored equally. Natural resource management therefore targets the services associated with ecosystems. The main hypothesis of this thesis is that the spatial and temporal domains of relevant services do not correspond to a discrete forest ecosystem. As a consequence, the services are not quantified, managed and monitored in an equal and sustainable manner. The thesis aims were therefore to test this hypothesis, establish an improved conceptual approach and provide spatial applications for the relevant land cover and structure variables. The study was carried out in western Switzerland and based primarily on data from a countrywide landscape inventory. This inventory is part of the third Swiss national forest inventory and assesses continuous landscape variables based on a regular sampling of true colour aerial imagery. In addition, land cover variables were derived from Landsat 5 TM passive sensor data and land structure variables from active sensor data from a small footprint laserscanning system. The results confirmed the main hypothesis, as relevant services did not scale well with the forest ecosystem. Instead, a new conceptual approach for sustainable management of natural resources was described. This concept quantifies the services as a continuous function of the landscape, rather than a discrete function of the forest ecosystem. The explanatory landscape variables are therefore called continuous fields and the forest becomes a dependent and function-driven management unit. Continuous field mapping methods were established for land cover and structure variables. In conclusion, the discrete forest ecosystem is an adequate planning and management unit. However, monitoring the state of and trends in sustainability of services requires them to be quantified as a continuous function of the landscape. Sustainable natural resource management iteratively combines the ecosystem and gradient approaches. Résumé Les forêts sont des écosystèmes-clés de la terre et on leur attribue un grand nombre de fonctions. Beaucoup de ces fonctions sont bénéfiques pour l'homme et sont nommées services écosystémiques. Le développement durable exige que ces services écosystémiques soient tous quantifiés, gérés et surveillés de façon égale. La gestion des ressources naturelles a donc pour cible les services attribués aux écosystèmes. L'hypothèse principale de cette thèse est que les domaines spatiaux et temporels des services attribués à la forêt ne correspondent pas à un écosystème discret. Par conséquent, les services ne sont pas quantifiés, aménagés et surveillés d'une manière équivalente et durable. Les buts de la thèse étaient de tester cette hypothèse, d'établir une nouvelle approche conceptuelle de la gestion des ressources naturelles et de préparer des applications spatiales pour les variables paysagères et structurelles appropriées. L'étude a été menée en Suisse occidentale principalement sur la base d'un inventaire de paysage à l'échelon national. Cet inventaire fait partie du troisième inventaire forestier national suisse et mesure de façon continue des variables paysagères sur la base d'un échantillonnage régulier sur des photos aériennes couleur. En outre, des variables de couverture ? terrestre ont été dérivées des données d'un senseur passif Landsat 5 TM, ainsi que des variables structurelles, dérivées du laserscanning, un senseur actif. Les résultats confirment l'hypothèse principale, car l'échelle des services ne correspond pas à celle de l'écosystème forestier. Au lieu de cela, une nouvelle approche a été élaborée pour la gestion durable des ressources naturelles. Ce concept représente les services comme une fonction continue du paysage, plutôt qu'une fonction discrète de l'écosystème forestier. En conséquence, les variables explicatives de paysage sont dénommées continuous fields et la forêt devient une entité dépendante, définie par la fonction principale du paysage. Des méthodes correspondantes pour la couverture terrestre et la structure ont été élaborées. En conclusion, l'écosystème forestier discret est une unité adéquate pour la planification et la gestion. En revanche, la surveillance de la durabilité de l'état et de son évolution exige que les services soient quantifiés comme fonction continue du paysage. La gestion durable des ressources naturelles joint donc l'approche écosystémique avec celle du gradient de manière itérative.

Discrete and continuous compositions

This paper examines a dataset which is modeled well by thePoisson-Log Normal process and by this process mixed with LogNormal data, which are both turned into compositions. Thisgenerates compositional data that has zeros without any need forconditional models or assuming that there is missing or censoreddata that needs adjustment. It also enables us to model dependenceon covariates and within the composition

Compositional analysis of bivariate discrete probabilities

A joint distribution of two discrete random variables with finite support can be displayed as a two way table of probabilities adding to one. Assume that this table hasn rows and m columns and all probabilities are non-null. This kind of table can beseen as an element in the simplex of n · m parts. In this context, the marginals areidentified as compositional amalgams, conditionals (rows or columns) as subcompositions. Also, simplicial perturbation appears as Bayes theorem. However, the Euclideanelements of the Aitchison geometry of the simplex can also be translated into the tableof probabilities: subspaces, orthogonal projections, distances.Two important questions are addressed: a) given a table of probabilities, which isthe nearest independent table to the initial one? b) which is the largest orthogonalprojection of a row onto a column? or, equivalently, which is the information in arow explained by a column, thus explaining the interaction? To answer these questionsthree orthogonal decompositions are presented: (1) by columns and a row-wise geometric marginal, (2) by rows and a columnwise geometric marginal, (3) by independenttwo-way tables and fully dependent tables representing row-column interaction. Animportant result is that the nearest independent table is the product of the two (rowand column)-wise geometric marginal tables. A corollary is that, in an independenttable, the geometric marginals conform with the traditional (arithmetic) marginals.These decompositions can be compared with standard log-linear models.Key words: balance, compositional data, simplex, Aitchison geometry, composition,orthonormal basis, arithmetic and geometric marginals, amalgam, dependence measure,contingency table

Field optimisation of MosquiTRAP sampling for monitoring Aedes aegypti Linnaeus (Diptera: Culicidae)

A sticky trap designed to capture gravid Aedes (Stegomyia) aegypti mosquitoes, MosquiTRAP, has been evaluated for monitoring this species in Brazil. However, the effects of trap densities on the capture rate of Ae. aegypti females and the sensitivity of vector detection are still unknown. After a preliminary study has identified areas of high and low female mosquito abundance, a set of experiments was conducted in four neighbourhoods of Belo Horizonte (state of Minas Gerais, Brazil) using densities of 1, 2, 4, 8, 16, 32 and 64 traps per block. Trap sensitivity (positive MosquiTRAP index) increased significantly when 1-8 MosquiTRAPs were installed per block in both high and low abundance areas. A strong fit was obtained for the total number of mosquitoes captured with increasing trap densities through a non-linear function (Box-Lucas) (r² = 0,994), which likely exhibits saturation towards an equilibrium level. The capacity of the Mean Female Aedes Index to distinguish between areas of high and low Ae. aegypti abundance was also investigated; the achieved differentiation was shown to be dependent on the MosquiTRAP density.

Optimisation of an asymmetric polymerase chain reaction assay for the amplification of single-stranded DNA from Wuchereria bancrofti for electrochemical detection

Single-stranded DNA (ssDNA) is a prerequisite for electrochemical sensor-based detection of parasite DNA and other diagnostic applications. To achieve this detection, an asymmetric polymerase chain reaction method was optimised. This method facilitates amplification of ssDNA from the human lymphatic filarial parasite Wuchereria bancrofti. This procedure produced ssDNA fragments of 188 bp in a single step when primer pairs (forward and reverse) were used at a 100:1 molar ratio in the presence of double-stranded template DNA. The ssDNA thus produced was suitable for immobilisation as probe onto the surface of an Indium tin oxide electrode and hybridisation in a system for sequence-specific electrochemical detection of W. bancrofti. The hybridisation of the ssDNA probe and target ssDNA led to considerable decreases in both the anodic and the cathodic currents of the system's redox couple compared with the unhybridised DNA and could be detected via cyclic voltammetry. This method is reproducible and avoids many of the difficulties encountered by conventional methods of filarial parasite DNA detection; thus, it has potential in xenomonitoring.