HAL-Ecole des Ponts ParisTech
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Frailty Indicator over the Adult Life Cycle as a Predictor of Healthcare Expenditure and Mortality in the Short to Midterm
No full textInternational audienceBackground: Assessing frailty from middle age onward offers valuable insights into predicting healthcare expenditures throughout the life cycle. Objectives: This paper examines the use of physical frailty as an indicator of healthcare demand across all age groups. The originality of this work lies in extending the analysis of frailty indicators beyond the typical focus on individuals under 50 years old to include those in mid-life and older. Methods: For this study, we used a database where frailty was measured in 2012 in a sample of individuals aged 15 to over 90. These individuals were tracked for their healthcare expenditures from 2012 to 2016. Results: Among the sample of 6928 individuals, frailty in 2012 resulted in a statistically significant increase in costs at the 5% level for the population aged 15 to 65. We applied multilevel linear regression models with year fixed effects, controlling for demographic factors, education level, precarity, social dimensions, lifestyle factors (e.g., vegetable consumption), physical activity, emotional well-being, and medical history. A Hausman test was conducted to validate the model choice. For mortality rate analysis, Cox models were used. Conclusions: Our findings demonstrate that physical frailty provides valuable information for understanding its impact on healthcare expenditure. The effect of frailty on mortality is particularly significant for the elderly population. Moreover, frailty is a predictor of healthcare costs not only in older adults but also across the entire life cycle
The sandpile model on the complete split graph: q, t-Schr oder polynomials, sawtooth polyominoes, and a cyclic lemma
No full text25 pagesThis paper builds on work initiated in Dukes (2021) that considered the classification of recurrent configurations of the Abelian sandpile model on the complete split graph. We introduce two statistics, wtoppleCTI and wtoppleITC, on sorted recurrent configurations. These statistics arise from two natural but different toppling conventions, CTI and ITC, for Dhar’s burning algorithm as it is applied to the complete split graph. In addition, we introduce the bivariate q, t-CTI and q, t-ITC polynomials that are the generating functions of the bistatistics (height,wtoppleITC) and (height,wtoppleCTI ) on the sorted recurrent configurations. We prove that a modification of the bijection given in Dukes (2021) from sorted recurrent configurations to Schr¨oder paths maps the bistatistic (height,wtoppleITC) to the bistatistic (area,bounce). The generating function of the bistatistic (area,bounce) on Schr¨oder paths is known in the literature as the q, t-Schr¨oder polynomial and was introduced by Egge, Haglund, Killpatrick and Kremer (2003). This connection allows us to relate the q, t-ITC polynomial to the theory of symmetric functions and also establishes symmetry of the q, t-ITC polynomials.We also give a characterization of the sorted recurrent configurations as a new class of polyominoes that we call sawtooth polyominoes. The CTI and ITC topplings processes on sorted recurrent configurations are proven to correspond to two bounce paths from one side of the sawtooth polyomino to the other. The only difference between the two bounce paths is the initial direction in which they travel. Moreover, and building on the results of Aval et al. (2016), we present a cyclic lemma for a slight extension of stable configurations that allows for an enumeration of sorted recurrent configurations within the framework of the sandpile model. Finally, we conjecture equality of the q, t-CTI and q, t-ITC polynomials
Assessment of object-based indices to identify convective organization
No full textInternational audienceThe emerging field of convective organization has attracted significant attention due to its potential implications for weather and climate. Numerous indices have been developed to identify organization of convection, serving as essential tools for advancing our understanding in this area. Because of the large number of these indices, many results on convective organization are still uncertain, and different studies have shown diverging results. The present analysis studies and compares nine object-based indices in order to evaluate their ability to quantify organization. The analysis begins by establishing a set of criteria expected for convective organization and subsequently subjecting the indices to assessment against these benchmarks. The criteria are grouped into three categories. The first category tests the robustness of the indices against noise. The second category evaluates their sensitivity to the size and position of the convective objects. The third category assesses their dependency on the specific characteristics of the dataset in use. Among the indices scrutinized, none fulfill all the desired conditions, and some conditions are only marginally satisfied. Therefore, we developed a new index, called the Organization Index based on Distance and Relative Area (OIDRA), as an example of a well-behaving index. The unmet conditions and differences between indices can explain the discord between different organization studies. The results come down to a guideline that will help to advance our description of deep convective organization
Is the Bangladesh Paradox Sustainable?: The Institutional Diagnostic Project
No full textInternational audienceBangladesh is widely seen as a 'paradox'. Over the last quarter of a century, it has maintained economic growth and has outperformed many countries on social indicators while scoring very low on the quality of governance. Moreover, its economic progress does not seem to indicate significant improvement in comparative institutional indicators. Is the Bangladesh Paradox Sustainable? thus examines whether such a paradoxical combination can be sustained in the long run if growth continues with no improvement in the quality of institutions. It argues that although Bangladesh has become the second largest world exporter in the garments, export diversification is needed, both within and outside the garment sector, if it is to maintain its development pace. Based on a thorough account of the country's economic, social and political development, this companion volume analyzes Bangladesh's critical institution- and development-sensitive areas such as the garment sector, banking, taxation, land management, the judiciary, and education
Méthodes de réduction de modèles pour la physique et la chimie quantiques
No full textThis PhD thesis is concerned with the numerical analysis and testing of novel methods for ground state calculation in electronic structure theory. We focus on variational methods based on Wave-Function Theory (WFT) and Density Functional Theory (DFT), for which the ground state problem consists in the minimization of an energy functional over orthonormal families of square integrable functions, the so-called molecular orbitals.The first part of our work is dedicated to molecular systems. In chapter 1, we investigate direct minimization algorithms for the restricted open-shell Hartree-Fock (ROHF) and complete active space self-consistent field (CASSCF) models, two standard WFT models for systems with non empty active space (which designates the space of molecular orbitals related to the presence of unpaired electrons in the system). By using the tools of Riemannian optimization on matrix quotient manifolds, we express in a common framework the direct minimization algorithms for ROHF and CASSCF already existing in the chemistry literature, and propose and test the performance of new algorithms. In the second chapter, the same formalism allows us to explain the inherent instability of self-consistent field algorithms for ROHF, which are the most commonly used for this model. We then propose a new type of fixed-point method that is more robust and parameter free, while competing with the best performing standard methods. The third chapter discusses the optimization of atomic orbital basis sets for molecular systems. We introduce a general mathematical framework for that problem and compare the accuracy of optimized basis sets for some optimization criteria used in the literature on a one-dimensional toy model.The second part of this PhD focuses on crystalline materials. Chapter 4 is devoted to the correction of discretization errors related to the use of truncated Fourier basis in DFT calculations. Within this chapter, we introduce a plane-wave Galerkin discretization method based on a modified kinetic operator. We derive an error estimate for approximate energies and prove optimal regularity results on band diagrams, which depend on a user-defined tunable parameter. Lastly, chapter 5 details two numerical contributions related to the electronic structure of twisted-bilayer graphene (TBG). First we establish the groundwork for a code in Julia language, designed as a user-friendly plateform for the simulation of TBG. Second, we use an existing compression method to expand the Wannier functions corresponding to the two lowest valence bands of graphene on a symmetry-adapted atomic-orbital basis. These compressed functions should allow to perform large tight binding calculation for TBG, a useful tool to describe the novel physics observed on this moiré materials.Cette thèse de doctorat porte sur l'analyse numérique et le test de nouvelles méthodes pour le calcul de l'état fondamental en théorie de la structure électronique. Nous nous concentrons sur des méthodes variationnelles basées sur la théorie des fonction d'ondes (WFT) et la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), pour lesquelles le problème de l'état fondamental consiste en la minimisation d'une fonctionnelle d'énergie sur des familles orthonormées de fonctions carrées intégrables, dites orbitales moléculaires. La première partie de notre travail est consacrée aux systèmes moléculaires. Dans le chapitre 1, nous étudions des algorithmes de minimisation directe pour les modèles de Hartree-Fock restreint à couche ouverte (ROHF) et de champ auto-cohérent de l'espace actif complet (CASSCF), deux modèles standard de fonction d'onde pour les systèmes à espace actif non vide (l'espace fonctionnel lié à la présence d'électrons non appairés dans le système). En utilisant les outils de l'optimisation Riemannienne sur des variétés quotient matricielles, nous exprimons dans un cadre commun les algorithmes de minimisation directe pour ROHF et CASSCF existants dans la littérature chimique, et proposons de nouveaux algorithmes dont nous testons les performances. Dans le deuxième chapitre, ce même formalisme nous permet d'expliquer l'instabilité inhérente aux algorithmes de champ auto-cohérent pour ROHF, qui sont les plus couramment utilisés pour ce modèle. Nous proposons ensuite un nouveau type de méthode de point fixe qui est plus robuste et sans paramètre, qui rivalisent avec les méthodes classiques les plus performantes. Le troisième chapitre aborde l'optimisation des bases d'orbitales atomiques pour les systèmes moléculaires. Nous introduisons un cadre mathématique général pour ce problème et comparons la précision des bases optimisées pour certains critères d'optimisation utilisés dans la littérature sur un modèle jouet unidimensionnel. La deuxième partie de cette thèse se concentre sur les matériaux cristallins. Le chapitre 4 est consacré à la correction de certaines erreurs de discrétisation liées à l'utilisation de bases d'ondes planes tronquées dans les calculs de DFT. Dans ce chapitre, nous introduisons une méthode de Galerkin basée sur l'introduction d'un opérateur cinétique modifié. Nous dérivons une estimation de l'erreur d'approximation pour les énergies obtenues et prouvons des estimées optimales sur la régularité des diagrammes de bandes associés, en fonction d'un paramètre défini par l'utilisateur. Enfin, le chapitre 5 détaille deux contributions numériques liées à la structure électronique du graphène bicouche twisté (TBG). Tout d'abord, nous posons les bases d'un code de simulation du TBG en langage Julia, conçu pour être facilement utilisable et modifiable. En second lieu, nous appliquons une méthode de compression, présente dans la littérature, pour développer les fonctions de Wannier correspondant aux deux bandes de valence les plus basses du graphène, dans une base d'orbitales atomiques adaptée à la symétrie. Ces fonctions compressées devraient permettre d'effectuer de grands calculs de type liaisons fortes pour le TBG, l'un des outils principaux pour décrire la physique nouvelle observée sur ce matériau moiré
Modéliser la crise de la biodiversité : les rôles de l'espace et des comportements stratégiques dans la modélisation bioéconomique
No full textThe world's biodiversity is under increasing pressure from human activities: habitat loss, overexploitation of resources, climate change, and introduction of invasive species. These threats affect not only species diversity but also essential ecosystem services. Despite international and national initiatives, conservation policies have had mixed results.How can we better design policies to halt the collapse of biodiversity while taking economic issues into account? How can we integrate economic analysis into the biodiversity arena? How can we integrate the interactions between strategic agents around biodiversity?This thesis models habitat loss and fragmentation, as well as the overexploitation (or undercontrol) of species, using a bioeconomic approach that combines economics on the one hand, and population and landscape ecology on the other. It focuses on the role of space and strategic interactions in order to guide public policies in various ecosystems.The first chapter reviews the bioeconomic literature on terrestrial social-ecological systems and identifies two major paradigms: economic optimization of resources and biodiversity conservation in managed landscapes. It outlines the methodological challenges of bioeconomic modeling to better grasp the biodiversity crisis and provide possible solutions.The second chapter develops a management model for forest landscapes faced with a dilemma between conservation and wildfire risk reduction. Using graph theory, it defines a production frontier between these objectives under budgetary constraints, and characterizes the locations of optimal fuel treatment operations, as well as the resulting landscapes.The third chapter deals with the management of pest species by integrating the use of ecological fences. The model explores how these barriers limit the spread of pest species in a network of plots, integrating heterogeneous control costs. It considers the issue of spatial externalities and the management of spatial arbitrage opportunities. It proposes an analysis of landscape connectivity as a decision and examines optimal and non-cooperative management of spatial public bads.The fourth chapter analyzes the exploitation of Totoaba macdonaldi, a critically endangered fish due to cartel poaching. It revisits a bioeconomic model and analyzes the consequences of a vertical monopoly on totoaba. We then show that aquaculture can reduce pressure on wild populations, contrary to the idea that it intensifies exploitation. Totoaba farming stabilizes populations and reduces incentives for poaching, with important implications for conservation.In conclusion, this thesis proposes developments in bioeconomic modeling, taking into account space and strategic behaviors, to analyze the biodiversity crisis, paving the way for more effective public policies reconciling conservation and economic development.La biodiversité mondiale subit des pressions croissantes dues aux activités humaines : perte d'habitats, surexploitation des ressources, changements climatiques, introduction d'espèces invasives. Ces menaces affectent non seulement la diversité des espèces, mais aussi les services écosystémiques essentiels. Les politiques de conservation, malgré les initiatives internationales et nationales, ont des performances mitigées. Comment mieux concevoir des politiques pour freiner l'effondrement de la biodiversité tout en prenant en compte les enjeux économiques ? Comment intégrer l'analyse économique à l'espace de la biodiversité? Comment intégrer les interactions entre agents stratégiques autour de la biodiversité ?Cette thèse modélise la perte et fragmentation de l'habitat ainsi que la surexploitation (ou le sous contrôle) des espèces en utilisant une approche bioéconomique, qui combine l'économie d'une part et l'écologie des populations et des paysages d'autre part. Elle met l'accent sur le rôle de l'espace et les interactions stratégiques, afin d'orienter les politiques publiques dans divers écosystèmes.Le premier chapitre passe en revue la littérature bioéconomique sur les systèmes socio-écologiques terrestres, et identifie deux grands paradigmes : l'optimisation économique des ressources et la conservation de la biodiversité dans des paysages aménagés. Il expose les défis méthodologiques de la modélisation bioéconomique pour mieux saisir la crise de la biodiversité, et apporter des pistes de solutions.Le deuxième chapitre développe un modèle de gestion des paysages forestiers confrontés au dilemme entre conservation et réduction des risques d'incendie. En utilisant la théorie des graphes, il définit une frontière de production entre ces objectifs sous contrainte budgétaire et caractérise les localisation des opérations de traitement des combustibles optimales, ainsi que les paysages qui en découlent.Le troisième chapitre traite de la gestion des espèces nuisibles en intégrant l'usage de clôtures écologiques. Le modèle explore comment ces barrières limitent la propagation d'espèces nuisibles dans un réseau de parcelles, en intégrant des coûts de contrôle hétérogènes. Il considère la question des externalités spatiales, et de la gestion des opportunités d'arbitrage spatiales. Il propose une analyse de la connectivité des paysages comme décision politique, et souligne l'importance d'une gestion différenciée selon les caractéristiques locale et le temps.Le quatrième chapitre analyse l'exploitation du Totoaba macdonaldi, un poisson en danger critique à cause du braconnage d'un cartel. Il revisite un modèle bioéconomique et analyse les conséquences d'un monopole vertical sur le totoaba. Il montre ensuite que l'aquaculture peut réduire la pression sur les populations sauvages, contrairement à l'idée que celle-ci intensifie l'exploitation. L'élevage de totoaba stabilise les populations et réduit les incitations au braconnage, avec des implications importantes pour la conservation.En conclusion, cette thèse propose des développements dans la modélisation bioéconomique, en prenant en compte l'espace et les comportements stratégiques, pour analyser la crise de la biodiversité, ouvrant la voie à des politiques publiques plus efficaces conciliant conservation et développement économique
Gérer et financer les gares métropolitaines françaises : des modèles serviciels à l’épreuve de logiques économiques et fonctionnelles
No full textInternational audienc
Les exercices de gestion de crise : une épreuve d’État? ou l’exercice de l’État à l’épreuve de la gestion de crise
No full textCrisis management exercises, inherited from the military sphere, are now common practice in civil society. In recent history, their number and visibility have increased considerably, in the context of the State's response to the 2015 terrorist attacks. Thus, they are one of the main ways in which crisis management organizations can prepare for events that threaten the population. To fulfill this mission, exercises are designed as the most possibly realistic crisis simulations, aiming both at training crisis management professionals and identifying weaknesses to be corrected in crisis management systems. However, when observing the exercises organized by the “Secrétariat Général de la Zone de Défense et de Sécurité of Paris” – a department of the Préfecture de Police, responsible for both law enforcement and civil security in the Paris metropolitan area – only partially verifies these objectives. To explain this apparent difficulty, we suggest considering the superposition of two missions assigned to exercises. The first, the official one, focuses on population protection. The second, latent but priority, is to protect the State, whose very legitimacy and identity - founded precisely on the protection of populations - are called into question by the occurrence of crises.Les exercices de gestion de crise, hérités du monde militaire, constituent une pratique aujourd’hui courante dans la société civile. Dans l’histoire récente, leur nombre et leur visibilité ont considérablement augmenté, dans le contexte de la réponse de l’État aux attentats de 2015. Ils constituent ainsi l’un des dispositifs principaux de préparation des organisations de gestion de crise face aux événements qui menacent les populations. Pour remplir cette mission, les exercices sont conçus comme des simulations de crise les plus réalistes possible, visant à la fois des objectifs de formation et d’identification des failles à corriger dans les dispositifs de gestion de crise. Toutefois, l’observation des exercices organisés par le Secrétariat Général de la Zone de Défense et de Sécurité de Paris - un service de la préfecture de Police – ne permet que de vérifier partiellement ces objectifs. Pour expliquer cette apparente difficulté, il convient d’envisager la superposition de deux missions assignées aux exercices. La première, officielle, est centrée sur la protection des populations. La seconde, latente mais prioritaire, consiste à protéger l’État, dont la légitimité et l’identité même – fondées justement sur la protection des populations - sont remises en question par la survenue des crises
Étude expérimentale des écoulements instationnaires dans les zones urbanisées
No full textThe failure of hydraulic structures can result in the propagation of flood waves across large domains containing rural and urban areas. Such events would cause rapid flooding with complex flows, leading to catastrophic consequences for downstream populations and facilities, and devastating natural environments and ecosystems. Unfortunately, climate change is expected to increase the probability of extreme weather events, and the rise of intense rainfall presents new challenges for managing hydraulic dams. Additionally, the rapid expansion of urban areas increases communities’ vulnerability to flooding.Therefore, it is crucial to accurately describe these complex phenomena and predict their evolution using numerical models. The validation and calibration of these models are performed using data from laboratory studies, as there are scarce observations and measurements from real-case event. Furthermore, the highly transient nature of these phenomena poses challenges for current metrology, contributing to a lack of precise and comprehensive data on these phenomenons within the scientific community.To advance our understanding of the physical processes involves and validate numerical models, an experimental setup was developed at the EDF Lab Chatou in France. This setup enables the study of dam-break wave propagation through a series of obstacles representing idealised urban areas. The objective is to characterise the flow dynamics and analyse how various urban parameters, such as building spacing and number of streets, influence the flood process. Wave sensors measure water levels upstream, within, and downstream of the urban area. Additionally, a high-speed camera positioned above the flow performs Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) measurements to calculate the instantaneous velocity field of the free surface. Moreover, the interaction between the wave and obstacles is documented using a high-speed camera along the channel and the water elevation in this area is calculated using image analysis measurements. Finally, the global impact of the urban forms on the flow is analysed through energy head calculations downstream of them.Simultaneously, detailed numerical simulations of the observed flows are conducted using the open-source Computational Fluid Dynamics (CFD) solver code_saturne. The initial validation of the model is carried out on simple urban configurations, identifying areas for improvement. Finally, simulations of a selected number of urban forms are performed to extend the experimental dataset. Previously measured punctual tendencies of the energy head are confirmed through profile analysis, and head loss coefficients related to the studied urban parameters are extracted.Overall, the thesis results contribute to a new dataset on unsteady flows in urbanised areas, enhancing understanding of these complex phenomena and supporting the validation of numerical models. Moreover, with improved knowledge of these phenomena, communities can develop safer urban planning strategies and optimise the design of industrial safety measures. A novel method to assess the influence of various urban parameters on the flow using the spatially averaged energy head is proposed. This method could support the calibration of simplified numerical models to account for the effects of urban areas on large-scale flood studies. This work aims to protect both property and people within a changing environmental and societal context.La rupture d’un ouvrage hydraulique peut entraîner la propagation d’une vague d’inondation sur de vastes domaines comprenant à la fois des zones rurales et urbaines. Un tel événement engendrerait une inondation rapide avec des écoulements complexes qui aurait des conséquences catastrophiques pour les populations et les installations situées en aval. Malheureusement, les changements climatiques pourraient augmenter les probabilités d’événements météorologiques extrêmes et l’augmentation des épisodes de pluies intenses pose de nouveaux défis pour la gestion des barrages hydrauliques. De plus, l’expansion rapide des zones urbaines accroît la vulnérabilité des communautés face aux inondations. Il est donc crucial de pouvoir décrire précisément ces phénomènes complexes et d’en prédire l’évolution à l’aide de modèles numériques. La validation et la calibration de ces modèles reposent en grande partie sur des données issues d’études en laboratoire car il existe peu d’observations et de mesures de cas réels. De plus, la nature fortement transitoire des phénomènes observés pose des défis à la métrologie actuelle, entraînant un manque de données précises et complètes dans la communauté scientifique. Pour améliorer notre connaissance des phénomènes physiques engendrés par la présence d’obstacles sur l’écoulement et valider les modèles numériques, un dispositif expérimental a été développé, sur le site EDF Lab Chatou en France. Il permet d’étudier la propagation d’une onde de submersion à travers un ensemble d’obstacles représentant des quartiers urbains simplifiés. L’objectif est de caractériser l’écoulement et d'analyser comment différents paramètres urbains, tels que l'espacement des bâtiments ou le nombre de rues, influent sur l’inondation. Des sondes acoustiques mesurent la hauteur d’eau en amont, au sein, et en aval de la zone urbaine. De plus, une caméra haute fréquence est placée au-dessus de l’écoulement et qui grâce à une analyse LSPIV (Large-Scale Particle Image Velocimetry) permet de mesurer le champ de vitesse instantané de la surface libre. L’impact entre la vague et les obstacles est documenté grâce à une caméra haute fréquence placée le long du canal, et le niveau d’eau dans cette zone est calculé à l’aide de mesures par analyse d’images. Enfin, l’impact global des formes urbaines sur l’écoulement est analysé à travers le calcul de la charge hydraulique en aval de celles-ci. En parallèle, des simulations numériques des écoulements observés sont réalisé à l’aide du logiciel CFD (Computational Fluid Dynamics) libre code_saturne. La validation initiale du modèle est effectuée sur des configurations urbaines simples, identifiant des domaines à améliorer. Enfin, des simulations d’un nombre sélectionné de formes urbaines sont réalisées pour étendre la base de donnée expérimentale. Les tendances ponctuelles précédemment mesurées de la charge hydraulique sont confirmées par l’analyse des profils, et les coefficients de perte de charge liés aux paramètres urbains étudiés sont extraits. Finalement, les résultats de la thèse alimentent une nouvelle base de données pour les écoulements instationnaires dans les zones urbanisées, permettant une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et participant à la validation des modèles numériques. De plus, grâce à une meilleure connaissance de ces phénomènes, les collectivités pourront élaborer des stratégies d’urbanisation plus sûres et optimiser le dimensionnement des dispositifs de sécurité industrielle. Une nouvelle méthode pour évaluer l’influence de divers paramètres urbains sur l’écoulement en utilisant la charge hydraulique moyennée spatialement est proposée. Cette méthode pourrait aider la calibration de modèles numériques simplifiés pour tenir compte de l'effet des zones urbaines dans les études d'inondation grande échelle. Ce travail s'inscrit donc dans une optique de protection des biens et des personnes dans un contexte environnemental et sociétal changeant