Soutenance mémoire
Simulation à base d’agents de la propagation de la Bilharziose
Le travail de recherche de cette thèse a pour contexte la modélisation et la simulation à base d’agents des systèmes complexes appliquées au phénomène de propagation de la Bilharziose. Plus particulièrement, nous nous sommes intéressés aux aspects spatiaux et sociaux de la propagation de la maladie, en utilisant une approche de couplage de modèles à base d’agents. En effet, la bilharziose est une maladie à caractère épidémiologique constituant un problème de santé publique non négligeable. Sa propagation est un phénomène complexe faisant intervenir un grand nombre d’entités (hôte, vecteur, agent pathogène, environnement – géographie, climat, végétation, pluie, etc.) interagissant sur plusieurs échelles spatiotemporelles.
Il est donc nécessaire de développer des politiques de contrôle de cette pandémie afin de pouvoir anticiper sur cette dernière et éviter sa propagation dans les zones à risque. Ceci doit passer par l’étude et la compréhension des mécanismes sous-jacents de ce phénomène complexe pour ainsi aboutir à la mise en place d’un système de prévision et d’aide à la décision permettant la vérification, la rectification et la validation de certaines hypothèses sur le phénomène en question.
La Bilharziose et sa Dynamique de Propagation
Présentation de la Bilharziose
La Bilharziose, appelée aussi Schistosomose, est une maladie parasitaire qui est retrouvée dans les zones tropicales et subtropicales. Elle est provoquée par un ver plat appelé Schistosome ou Bilharzie (OMS, 2015). Cette parasitose est, après le paludisme, la deuxième endémie parasitaire dans le monde. En effet, rien qu’en 2013, au moins 261 millions de personnes avaient besoin du traitement préventif contre la Schistosomose et plus de 40 millions de personnes ont été traitées contre la Schistosomose. Jusqu’en 2003, elle était présente dans 74 pays dans le monde dont 90% en Afrique (OMS, 2015), (IARC, 2012).
La Schistosomose touche particulièrement les enfants à l’âge d’aller à l’école, pendant leurs activités récréatives (natation, pêche, jeux) dans les eaux infestées ; les pêcheurs et agriculteurs, pendant leurs activités professionnelles (pêche, agriculture); les ménagères, pendant leurs activités domestiques (linge, vaisselle), …
Les agents pathogènes responsables de cette maladie comptent plus de 200 espèces dont 16 peuvent infecter l’homme et les animaux. Parmi ces 16 espèces, 5 sont principalement parasites de l’homme. Il s’agit de Schistosoma haematobium, Schistosoma mansoni, Schistosoma intercalatum, Schistosoma japonicum et Schistosoma mekongi (OMS, 2015) (Chippaux, 2000). Elles sont responsables de deux formes principales de Schistosomose : la Schistosomose Uro- génitale et la Schistosomose Intestinale.
Le Cycle de Vie de l’Agent Pathogène
La transmission de l’agent pathogène, d’un individu à un autre, se produit lorsqu’une personne infectée contamine l’eau douce (de type mare, rivière, canal, fleuve, etc.) à travers ses urines ou excréments. En effet, les urines ou selles d’un individu souffrant de la Schistosomose sont accompagnées des œufs produits par le parasite. Ces derniers, en contact avec l’eau, éclosent et libèrent une forme larvaire ciliée appelée miracidiums. Celui-ci nage dans l’eau à la rencontre du mollusque (hôte intermédiaire) pour le pénétrer.
A l’intérieur du mollusque, l’évolution larvaire aboutit à la formation et la libération dans l’eau des milliers de larves appelées cercaires. Quand une personne est en contact avec l’eau douce infestée, la cercaire peut l’infecter. Elle pénètre sa peau, libère sa queue et devient un schistosomule. Dans l’organisme humain, les vers adultes vivent dans le système veineux – porte hépatique – où ils s’accouplent, puis migrent à contre-courant dans les plexus veineux splanchniques pour y pondre leurs œufs. Une bonne partie des œufs restent dans l’organisme de l’homme et y subissent différentes mutations : ce qui rend la personne malade. L’autre partie des œufs migrent vers la vessie (pour sortir dans l’urine) ou l’intestin (pour sortir avec les excréments) selon le type de Schistosomose en question.
Les différentes dynamiques sous-jacentes à la transmission de la Schistosomose
La description de la dynamique du schistosome permet de voir que ce dernier évolue à l’intérieur de deux hôtes, un hôte définitif qui peut être un humain ou un bétail et l’hôte intermédiaire qui est un mollusque d’eau douce. Il transite de l’un vers l’autre par l’intermédiaire de l’eau.
Ceci permet de diviser la dynamique du parasite en deux parties : une partie intra-hôte et une partie appelée dynamique de transmission, où le parasite est en interaction avec d’autres entités pour rejoindre sa dynamique intra-hôte. A cet effet, la modélisation de la Schistosomose intervient à deux niveaux, comme c’est le cas de la plupart des maladies vectorielles (Rogier et Sallet, 2004): les modèles intra-hôtes et les modèles de la dynamique de transmission.
La Dynamique Intra-Hôte
La dynamique intra-hôte des parasites commence lorsqu’ils pénètrent la peau d’un individu. Les schistosomules passent plusieurs jours dans la peau avant de passer par les vaisseaux sanguins qui traversent les poumons. Ils migrent ensuite par la circulation systématique vers le foie où ils s’installent, atteignent la maturité sexuelle et se forment en couples. Seuls les couples de vers atteignent le système porte du foie, se transforment en adultes et s’accouplent. Par la suite, ces paires de vers migrent par la circulation sanguine à leur emplacement définitif (Voir Tableau 2.2) pour pondre leurs œufs (Allen et Victory, 2003), (Cohen, 1977). Les modèles intra-hôtes décrivent généralement la dynamique de ces stades larvaires du parasite et ses interactions avec les organes de l’organisme et le système immunitaire (Anderson et May, 1978). Ils étudient aussi leurs interactions avec les médicaments et les effets des traitements médicinaux dans la biologie des parasites (Xu et al., 2006).
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Table des matières
CHAPITRE 1. INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 CONTEXTE DE LA THESE : SIMULATION A BASE D’AGENTS DE LA PROPAGATION DE LA BILHARZIOSE : UNE APPROCHE DE COUPLAGE DE MODELES
1.2 ENJEUX ET OBJECTIFS DE LA THESE
1.3 RESUMES DES DIFFERENTS CHAPITRES DE LA THESE
CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ET MODÉLISATION MATHÉMATIQUE DE LA BILHARZIOSE
2.1 LA BILHARZIOSE ET SA DYNAMIQUE DE PROPAGATION
2.1.1 Présentation de la Bilharziose
2.1.2 Le Cycle de Vie de l’Agent Pathogène
2.1.3 Les différentes dynamiques sous-jacentes à la transmission de la Schistosomose
2.1.3.1 La Dynamique Intra-Hôte
2.1.3.2 La Dynamique de Transmission
2.2 LA PROPAGATION DE LA SCHISTOSOMOSE, UN PHENOMENE COMPLEXE
2.2.1 Notions de Systèmes Complexes
2.2.2 Complexité du Phénomène de Propagation de la Schistosomose
2.3 MODELISATION MATHEMATIQUE DE LA SCHISTOSOMOSE
2.3.1 Notions de Modélisation et de Simulation
2.3.2 Approches Mathématiques pour la Modélisation de la Schistosomose
2.3.2.1 Modèles à Base d’Equations Différentielles Ordinaires (EDO)
2.3.2.2 Un exemple de modèle à Base d’EDO
2.3.2.3 Modèles Statistiques
2.4 SYNTHESE
CHAPITRE 3. MODÉLISATION INFORMATIQUE DE LA SCHISTOSOMOSE, UNE APPROCHE COMPLÉMENTAIRE
3.1 MODELISATION ET SIMULATION INFORMATIQUE POUR L’EPIDEMIOLOGIE
3.1.1 L’épidémiologie informatique, qu’est-ce que c’est ?
3.1.2 Des nouveaux défis épidémiologiques sur la propagation des maladies
3.1.3 Aux solutions informatiques de modélisation et de simulation
3.2 LA MODELISATION A BASE D’AGENTS DES MALADIES INFECTIEUSES
3.2.1 Les systèmes multi-agents
3.2.2 Les agents
3.2.3 Les environnements des systèmes multi-agents
3.2.4 Dynamique d’un système multi-agents
3.2.5 La modélisation multi-niveaux à base d’agents
3.2.6 Les modèles à base d’agents des maladies infectieuses
3.3 PERTINENCE DE L’APPROCHE AGENTS POUR MODELISER LA SCHISTOSOMOSE
3.3.1 D’une vue multi-dynamiques de la transmission de la Schistosomose
3.3.2 … à un système à plusieurs niveaux d’interactions
3.4 SYNTHESE
CHAPITRE 4. DYNAMIQUE SPATIALE DE LA SCHISTOSOMOSE : UN EXEMPLE DE SPATIALISATION D’UN MODÈLE EDO PAR UN MODÈLE AGENT
4.1 LA DYNAMIQUE SPATIALE DE LA SCHISTOSOMOSE : DE QUOI S’AGIT –IL ?
4.2 PRESENTATION DU MODELE A BASE D’EDO CHOISI
4.2.1 Justifications du choix du modèle de (Gao et al., 2011)
4.2.1 Le Système d’Equations du Modèle et ses Paramètres
4.2.2 Résultats des Simulations Numériques
4.3 DU MODELE A BASE D’EDO AU MODELE DISCRET A BASE D’AGENTS
4.3.1 Passage du Système d’Equations à un Système à base d’Agents
4.3.2 Un Premier Modèle Discret à Base d’Agents
4.3.3 Expérimentations et Résultats de Simulations
4.4 SPATIALISATION DU MODELE DISCRET A BASE D’AGENTS
4.4.1 Intégration d’un environnement spatial
4.4.2 Les Modèles à Base d’Agents Successivement Spatialisés
4.4.3 Expérimentations et Discussion des Résultats de Simulations
4.5 SYNTHESE
CHAPITRE 5. DYNAMIQUE SOCIALE DE LA SCHISTOSOMOSE : UNE ARCHITECTURE BDI DES PATTERNS DE CONTACT HOMME-EAU
5.1 DYNAMIQUE SOCIALE ET PATTERNS DE CONTACT HOMME-EAU
5.1.1 De quoi s’agit-il ?
5.1.2 Etat de l’Art sur les Patterns de Contact Homme-Eau
5.1.2.1 Identification et description des activités de contact
5.1.2.2 Evaluation des activités de contact dans la transmission de la maladie
5.1.2.3 Corrélation avec les facteurs socioéconomiques
5.2 UNE EBAUCHE SUR L’ARCHITECTURE BDI
5.2.1 Problèmes sous-acents aux modèles BDI
5.2.2 Description informelle de l’Architecture BDI
5.2.3 Quelques Architectures BDI existants
5.3 UNE ARCHITECTURE BDI POUR LES PATTERNS DE CONTACT HOMME-EAU
5.3.1 Notre Approche pour simuler les Patterns de Contact Homme-Eau
5.3.2 L’Architecture BDI de l’Agent Individu
5.3.2.1 Module des Croyances
5.3.2.2 Module des Désirs
5.3.2.3 Module des Intentions
5.3.2.4 Module d’Election des Désirs
5.3.3 Application : La Schistosomose à Niamey
5.3.3.1 Description du modèle
5.3.3.2 Expérimentation avec GAMA
5.4 SYNTHESE
CHAPITRE 6. CONCLUSION
