Randomized clinical trials (RCTs) are considered to be the "gold standard" in order to demonstrate a causal relationship between a treatment and an outcome because complete randomization ensures that the only difference between the two units being compared is the treatment. The intention-to-treat (ITT) comparison has long been regarded as the preferred analytic approach for RCTs. However, if there exists an “intermediate” variable between the treatment and outcome, and the analysis conditions on this intermediate, randomization will break down, and the ITT approach does not account properly for the intermediate. In this dissertation, we explore the principal stratification approach for dealing with intermediate variables, illustrate its applications in two different clinical trial settings, and extend the existing analytic approaches with respect to specific challenges in these settings. The first part of our work focuses on clinical endpoint bioequivalence (BE) studies with noncompliance and missing data. In clinical endpoint BE studies, the primary analysis for assessing equivalence between a generic and an innovator product is usually based on the observed per-protocol (PP) population (usually completers and compliers). The FDA Missing Data Working Group recently recommended using “causal estimands of primary interest.” This PP analysis, however, is not generally causal because the observed PP is post-treatment, and conditioning on it may introduce selection bias. To date, no causal estimand has been proposed for equivalence assessment. We propose co-primary causal estimands to test equivalence by applying the principal stratification approach. We discuss and verify by simulation the causal assumptions under which the current PP estimator is unbiased for the primary principal stratum causal estimand – the "Survivor Average Causal Effect" (SACE). We also propose tipping point sensitivity analysis methods to assess the robustness of the current PP estimator from the SACE estimand when these causal assumptions are not met. Data from a clinical endpoint BE study is used to illustrate the proposed co-primary causal estimands and sensitivity analysis methods. Our work introduces a causal framework for equivalence assessment in clinical endpoint BE studies with noncompliance and missing data. The second part of this dissertation targets the use of principal stratification analysis approaches in a pragmatic randomized clinical trial -- the Patient Activation after DXA Result Notification (PAADRN) study. PAADRN is a multi-center, pragmatic randomized clinical trial that was designed to improve bone health. Participants were randomly assigned to either intervention group with usual care augmented by a tailored patient-activation Dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) results letter accompanied by an educational brochure, or control group with usual care only. The primary analyses followed the standard ITT principle, which provided a valid estimate for the intervention assignment. However, findings might underestimate the effect of intervention because PAADRN might not have an effect if the patient did not read, remember and act on the letter. We apply principal stratification to evaluate the effectiveness of PAADRN for subgroups, defined by patient's recall of having received a DXA result letter, which is an intermediate outcome that's post-treatment. We perform simulation studies to compare the principal score weighting methods with the instrumental variable (IV) methods. We examine principal strata causal effects on three outcome measures regarding pharmacological treatment and bone health behaviors. Finally, we conduct sensitivity analyses to assess the effect of potential violations of relevant causal assumptions. Our work is an important addition to the primary findings based on ITT. It provides a profound understanding of why the PAADRN intervention does (or does not) work for patients with different letter recall statuses, and sheds light on the improvement of the intervention.

Socioeconomic status (SES) is inversely related to health status. Disparities in health status among races and ethnic groups are partly attributable to differences in SES, but the indirect pathways by which SES may influence health status are not widely studied. Using the Health and Retirement Study (HRS) data, this dissertation examined the pathways by which SES, via social, psychological, and behavioral factors predicted physical impairment and overnight hospitalization, and asked whether these indirect relationships differed by race/ethnicity. The HRS is a nationally representative multistage area probability sample administered biennially to respondents over the age of 51 and their spouses. Data collected between 2002 and 2010, covering five waves of the original HRS cohort born between the years 1931 and 1941, were used. Two analysis approaches, Structural Equation Modeling (SEM) and Reconstructability Analysis (RA), were used. Adjustments for the complex survey design were made in the SEM analysis, whereas, data were matched for the RA method using propensity scores. Results of the SEM analyses supported most of the hypothesized indirect relationships between SES variables and physical impairment via social and psychological factors, but the indirect effect of SES on physical impairment via behavioral factors was weak. Multiple group analyses of path equality using nested chi-square tests indicated that the indirect effect of SES on physical impairment status did not vary by race/ethnicity. Social, psychological and behavioral factors were weakly related to overnight hospitalization, and SES was not indirectly related to overnight hospitalization. While these results supported several hypothesized indirect relationships between SES variables and physical health status, the indirect effect sizes were small. However, because this study examined predictive paths across groups rather than compare mean differences, and because indirect effects are products of individual path coefficients, small effect sizes are not uncommon in mediation analysis. Moreover, over a lifetime, small effects may gradually add up increasing group differences in health status with greater benefits accruing to higher SES individuals via social and psychological factors, as observed in this study. The RA results showed that indirect relationships between SES and physical impairment were similar across races/ethnicities for identical variables with a few exceptions. In several cases, however, selected SES variables related to social and psychological variables were different for different groups. Cross-sectional indirect relationships were stronger than longitudinal indirect relationships. As in the SEM study, SES was not related to physical impairment via behavioral factors; and, across groups, SES was also not related to overnight hospitalization either directly or via social, psychological or behavioral factors. Variables predicting physical impairment exhibited differences across groups; these differences were detected because RA, unlike SEM, used disaggregated social, psychological and behavioral factors. Where predictive variables overlapped, the effects of identical independent variable (IV) states on physical impairment were similar across groups with a few exceptions. In summary, both the SEM and RA results indicated that SES was indirectly related to physical impairment via social and psychological factors, and results from both methods also showed that SES was not indirectly related to overnight hospitalization via these factors. SEM did not find that these indirect effects varied by race/ethnicity; RA found a few differences.

Stratification of water in large reservoirs occurs in summer, or at anytime in hot climates where the water surface is exposed long-term to sunlight and the water surface is heated. Natural mixing will not occur due to the cooler and denser water always staying at the lower levels. Therefore, mechanical circulators are designed to prevent water quality problems related to stratification and depletion of dissolved oxygen. Impellers that produce the flow in mechanical circulators are available in different sizes and these impellers are designed to produce different flow rates. Due to hydraulic loadings, impellers have to be strong and durable. Loadings on impellers depend on their geometries and therefore, a durable impeller is a good combination of the use of correct materials and good geometry. Long and slender impellers are prone to failure when subjected to high hydrodynamic loadings. Nowadays, designers have very limited information on predicting the stresses on impellers and the deflection patterns of impellers because there are no design rules in designing these impeller blades and there is no such thing as "best geometry". A good impeller blade design is by guesswork and experience. In order to design the geometry that suits this application, trial-and-error finite element analyses have been conducted in this project to minimize stress levels on the blades. This research involves the use of finite element analysis (FEA) to predict stress and deflection of impeller blades used on large (5m diameter) ducted axial flow impellers as the first step in the design process. Then, based on the results, improvements have been done to the models until the final design was made. As far as the author has been able to determine, this has not been researched before. Finite Element Analysis has been used on wind turbine blades, rudders and hulls of boats but not on axial flow impeller blades of the type used in this project. For the purpose of this project, commercial finite element computer program packages STRAND6 and STRAND7 were used as the main analysis tools. A static line load increasing linearly with radius along the blade has been used to simulate the assumed hydrodynamic loading, and applied to all FEA blade models. The analysis results proved the stresses on blades are largely dependant on the blade geometry. From the analysis results, the author modified the stacking arrangement of the FEA elements in order to minimize both the tensile stresses and the displacements of the blades at the tip. Parametric studies have been done in order to obtain the best FEA impeller blade model.

Dans les fluides géophysiques tels que l'atmosphère, l'océan ou l'intérieur de la terre, la présence de rotation et de stratification peut fortement modifier les écoulements bien connus pour des fluides homogènes. Ce manuscrit présente quelques exemples dans lesquels ces effets peuvent soit stabiliser l'écoulement (comme dans le cas des sillages stratifiés) soit le déstabiliser (comme dans le cas des tourbillons stratifiés et de la précession). Enfin, le problème du mélange qui reste encore inexpliqué dans les océans est discuté et une nouvelle méthode numérique permettant de traiter le cas des très faibles diffusivités est présenté.

Les installations de production d'eau chaude solaire collective ayant peu évolué ces vingt dernières années, il paraissait important de rechercher des innovations afin de les améliorer d'un point de vue technico-économique.<br />Nous avons ainsi conçu un ballon de stockage à stratification, fonctionnant aussi bien dans les installations individuelles que dans les installations collectives.<br />La simulation du comportement d'un ballon domestique puis collectif grâce au code CFD Fluent a permis de mettre en évidence l'influence positive de la présence d'injecteurs à plaques sur les entrées solaires ainsi que sur l'entrée d'eau froide.<br />Les résultats expérimentaux, obtenus grâce à la mise en place d'un banc expérimental, ont permis de valider le modèle CFD ainsi que l'utilisation des injecteurs à plaques vis-à-vis de la stratification thermique. Une étude par injection de colorant a également permis d'étudier qualitativement la stratification au sein du ballon.<br />L'objectif du travail étant d'optimiser les installations solaires d'eau chaude collective, nous avons élaboré un modèle avec le logiciel TRNSYS. Il permet de simuler l'ensemble des composants intervenant dans la production solaire d'eau chaude sanitaire de telles installations. La validation du modèle de référence développé a été réalisée grâce à des données expérimentales. En effet, l'installation solaire de la maison de retraite « Les Berges de l'Hyères » située à Chambéry (73) a été instrumentée de façon à obtenir notamment le bilan énergétique aux bornes de chaque composant. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques indique la cohérence du modèle, bien que des différences, néanmoins explicables, persistent.<br />Ce modèle a ensuite servi de base de comparaison dans la proposition d'installations innovantes plus performantes sur le plan énergétique. La comparaison des différentes solutions est basée sur le taux de couverture solaire corrigé. Contrairement au taux de couverture défini dans la Garantie de Résultats Solaires (GRS), le taux de couverture solaire corrigé considère l'énergie d'appoint ainsi que l'énergie nécessaire au fonctionnement des auxiliaires. Les conclusions à l'issue de ces simulations sont très satisfaisantes. En effet, les installations solaires collectives décentralisées atteignent des taux de couverture solaire corrigés de 30% et réduisent ainsi sensiblement les rejets de CO2. Nous avons également mis en évidence l'intérêt de faire fonctionner l'installation en débit variable. L'alimentation des pompes grâce à des cellules photovoltaïques est également très prometteuse.<br />Enfin, l'analyse économique montre que les installations à production solaire centralisée et à appoint individualisé, ainsi que les installations décentralisées, permettent d'effectuer des économies non négligeables sur la fourniture de l'énergie d'appoint. Cependant, l'investissement initial est fonction du nombre de ballons mis en place, et par conséquent, les temps de retour sont plus ou moins intéressants.

Une campagne de mesures simultanées obtenues d'une part in-situ par un ballon instrumenté entre le sol et 18 km d'altitude, d'autre part à distance par un radar Stratosphère-Troposphère permet une étude expérimentale du domaine d'échelles de la turbulence tridimensionnelle isotrope, de celui du champ d'ondes de gravité aléatoires et du domaine de transition entre ceux-ci. Divers résultats ont été obtenus: la turbulence inertielle n'est observable que si l'espace spectral disponible est suffisamment large et le caractère non-passif des fluctuations de température s'y manifeste clairement. L'anisotropie des fluctuations dans le domaine de transition est intermédiaire entre celles observées dans les domaines limitrophes et les mesures radar montrent qu'elle reste importante jusqu'à des échelles de l'ordre de 3 m.

La connaissance simultanée de la richesse et vitesse locale est très importante dans de nombreuses applications de combustion et spécialement dans les moteurs à injection directe essence où la flamme se propage à travers une distribution de mélange air-carburant hétérogène. Cette étude reproduit ces hétérogénéités de richesse avec un mélange propane-air dans une chambre de combustion à volume constant. L'influence locale de la richesse et de la vitesse sur la propagation de la flamme est étudiée. La stratification est crée par un jet pulsé riche injecté dans une chambre en mélange pauvre, le mélange étant ensuite allumé. Deux diagnostics optiques ont été utilisés simultanément, la PIV pour la mesure de vitesse et la FARLIF pour la mesure de richesse à froid et en combustion. Les propriétés et gammes d'applications de la PIV et de la FARLIF ont été vérifiées. Ces méthodes ont ensuite été utilisées pour étudier les caractéristiques de la combustion stratifiée.

Dans la première partiede cette thèse, nous étudions la monodromie du problème de Cauchy ramifié pour un opérateur à caractéristiques multiples de multiplicité constante. Plus précisément, nous donnons une estimation du spectre de la monodromie. Notre méthode est basée sur le calcul de la monodromie de certains opérateurs intégro-différentiels. Dans la seconde partie, on étudie le problème de Cauchy pour certains opérateurs. Nous écrivons la solution sous forme intégrale puis nous étudions le prolongement analytique decette intégrale.

Cette thèse s'attache à décrire et à expliquer les différences entre hommes et femmes en matière de santé, y compris dans leurs variations sociales. Elle envisage la santé comme un prisme de lecture de la construction sociale du masculin et du féminin et des rapports de domination entre hommes et femmes. Elle se concentre sur deux questions. Pourquoi les femmes se déclarent-elles en plus mauvaise santé alors qu'elles vivent en moyenne plus longtemps que les hommes ? Pourquoi les inégalités sociales de santé et de mortalité semblent-elles moins prononcées chez les femmes ? Cette recherche s'appuie sur l'analyse secondaire de données quantitatives, principalement celles de l'INSEE. Par l'étude des expressions genrées du mal-être, elle met en évidence l'origine sociale commune de la mortalité prématurée des hommes (liée à l'alcool, au tabac, au suicide, à la violence) et de la sur-morbidité des femmes (essentiellement manifestée par des troubles psychologiques et somatiques). Par ailleurs, elle montre que la principale explication de la moindre ampleur des inégalités de santé chez les femmes en France tient aux mécanismes genrés de sélection par la santé (changement de travail pour les hommes, inactivité et temps partiel pour les femmes). Sur le plan théorique, cette thèse conduit à réexaminer la notion de domination masculine, en mettant en évidence le " coût " en termes de santé qu'acquittent les femmes qui souhaitent s'en abstraire et la préservation de la santé que permettent, à l'inverse, les opportunités de retrait du marché du travail pour les femmes, et en montrant les composantes paradoxales de l'égalisation des conditions masculine et féminine en matière de santé.

Les travaux présentés portent sur les étapes successives qui ont conduit au développement dans les années 1980 d'un modèle numérique qui simule l'évolution temporelle d'un manteau neigeux saisonnier en fonction des conditions météorologiques. Une première partie décrit le développement d'un modèle de neige multi-couches qui calcule les échanges d'énergie entre la neige et l'atmosphère et simule les principaux processus physiques qui contrôlent les échanges au sein du manteau neigeux.Une deuxième partie décrit comment ont été quantifiées les lois de métamorphose de la neige humide et de la neige sèche soumise à un faible gradient de température, de façon à compléter les connaissances existantes et proposer un jeu relativement complet de lois de métamorphoses de la neige saisonnière. Une troisième partie décrit l'implémentation de ces lois dans le modèle numérique, permettant ainsi de simuler la stratification du manteau neigeux, fonctionnalité qui n'existait dans aucun autre modèle à cette époque. Une évaluation détaillée de ce modèle sur le site du Col de Porte est présentée. La dernière partie introduit trois applications originales qui ont ensuite exploité les fonctionnalités de ce modèle : la simulation en temps réel de l'état caractéristique du manteau neigeux dans les Alpes françaises, l'étude de l'impact du changement climatique sur l'enneigement et la simulation de l'état du manteau neigeux dans un modèle hydrologique distribué