MEMOIRE DE FIN D’ETUDES afin d’obtenir le diplôme de MASTER DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE option : Système Intelligent et Multimédia Modélisation multi-échelles à base d’agents permettant de simuler la propagation d’épidémies de dengue Rédigé par : RAJAONARIVO Hiary Landy Sous l’encadrement de : M. Nicolas Marilleau, Ingénieur de Recherche IRD-UMMISCO M. Christophe Cambier, Maître de Conférence IRD/UPCM M. Alexis Drogoul, Directeur de Recherche IRD-UMMISCO ——————- Novembre 2014——————– LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Je tiens à remercier dans un premier temps, toute l’équipe pédagogique de l’Institut de la Francophonie pour l’Informatique (IFI) de Hanoï Vietnam et les intervenants profes- sionnels responsables de la formation en master de recherche en informatique, pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci.
Je remercie Monsieur Tuong Vinh Ho, Directeur de recherche du laboratoire MSI-IFI, Hanoï, qui m’a proposé cette offre de stage. Je souhaite remercier également Monsieur Jean-Daniel Zucker, Directeur de l’UMI- UMMISCO, de m’avoir acceptée comme stagiaire au sein de son département. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à M. Nicolas Maril- leau, M.
Alexis Drogoul, et M. Serge Stinckwich, chercheurs à l’IRD-UMMISCO/UPMC, pour leur encadrement sans faille, le suivi qu’ils ont apporté à mon stage, leurs conseils, les nombreuses discussions que nous avons pu avoir tout au long de la réalisation de ce stage, aussi pour l’inspiration, et pour le temps qu’ils ont bien voulu me consacrer. Mes sincères remerciements s’adressent aussi à l’ensemble de l’équipe du projet PI- CURS pour sa collaboration dans le cadre de ce projet, et en particulier, Mlle Julie Blot, Post-Doctorante en géographie, pour l’aide apportée par les données sur les en- quêtes qu’elle m’a fournie, M. Frédérick Gay, Spécialiste en statistique et M.
Bernard Gazelles, Spécialiste en épidémiologie, pour des nombreuses discussions à propos des hypothèses considérées dans notre modèle et pour la mise en place de la base de données du projet. Je tiens à remercier également Mme Kathy BAUMONT, secrétaire de l’IRD-UMMISCO, et Mlle Pham Thi Hai Anh, secrétaire de l’IFI pour ses aides à plusieurs reprises. Je remercie l’ensemble du département "UMI-UMMISCO" du centre de recherche IRD, Bondy, France, pour son accueil très chaleureux. Enfin, j’adresse mes plus sincères remerciements à ma famille, qui m’a toujours soutenue et encouragée au cours de la réalisation de ce mémoire.
Merci à tous et à toutes. i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii RÉSUMÉ La maladie de dengue est une maladie virale transmis par les moustiques Aedes aegypti à l’homme. Cette maladie se propage géographiquement très vite si certaines mesures ne sont pas prises au moment opportun. La vitesse de propagation d’épidémies de dengue dépend fortement des différents facteurs tels que les facteurs climatiques, les facteurs démographiques, et les facteurs hydrologiques.
Mise à part ces trois facteurs, la mobilité de la population est aussi un facteur non négligeable lors de la propagation d’épidémies de dengue vis à vis des risques sanitaires. Dans ce travail, nous essayons de comprendre les liens qui pourrait exister entre la mobilité de la population et la propagation d’épidémies de dengue. Nous avons construit deux modèles à base d’agents permettant de simuler la propagation d’épidémies de dengue au niveau microscopique et au niveau macroscopique. Nos modèles s’appuient sur les données réelles de la population des deux grandes villes à risques : Can Tho (Vietnam) et Phnom Penh (Cambodge).
Ces données sont récupérées à partir des enquêtes. Nous avons constaté lors des expérimentations que plus il y a beaucoup de déplacements d’individus vers les points de rencontres, plus la maladie s’étend très vite. Ce qui nous permet de dire que la mobilité de la population a un impact direct sur le ralentissement ou l’accélération de la vitesse de propagation d’épidémies de dengue. Nous avons constaté aussi que les risques d’accéssibilité à l’eau courante provoquent la reproduction rapide des moustiques, qui peuvent favoriser la propagation d’épidémies de dengue dans une courte durée.
Nos modèles pourraient aider les décideurs à comprendre le rôle de la mobilité de la population face à la propagation d’épidémies de dengue. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii ABSTRACT The dengue disease is a viral disease transmitted by Aedes aegypti mosquitoes to hu- mans. This disease is spread geographically very quick if some measures are not taken at the right time. The speed of propagation of epidemics of dengue is highly dependent on various factors such as climatic factors, demographic factors, and hydrology factors.
Aside from these three factors, the mobility of the population is also a significant factor in the spread of dengue epidemics. In this work, we try to understand the relationships that may exist between the mobility of the population and spread of dengue epidemics overlooked health risks. We built two agents based models to simulate the spread of dengue epidemics at the microscopic level and the macroscopic level. Our models are based on the actual data of the population of the two cities at risk : Can Tho (Vietnam) and Phnom Penh (Cambodia).
These data are collected from the surveys. We found in experiments that more there are many displacements of individuals towards the meeting points, more the disease spreads quickly. This allows us to say that the mobility of the population has a direct impact on slowing or accelerating the rate of spread of dengue epidemics. We also found that the risks to the accessibility of running water causes rapid breeding of mosquitoes, which can promote the spread of dengue outbreaks in a short time.
Our models can help decision makers to understand the role of population mobility upon the spread of dengue epidemics. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières Remerciements i Table des matières iv Liste des Figures vi Liste des Tableaux vii 1 Présentation Générale 3 1.1 Présentation de l’établissement d’accueil .1 Présentation de l’IRD .2 Sa mission et son ambition .3 Données et chiffres clés de l’IRD .4 Les recherches à l’IRD centre Bondy .5 Présentation de l’UMI UMMISCO .6 Quelques partenaires de l’UMI UMMISCO .2 Déscription du stage. 5 2 Contexte du sujet 8 2.1 Contexte de la maladie de dengue .1 Dengue et la dengue hémorragique .2 Vie d’un moustique .3 Propagation de dengue .4 Lutte contre la dengue .2 Contexte de la modélisation et la simulation .3 Principaux outils existants .1 Modèles à base des systèmes d’équations différentielles .2 Modèles à base de système multi-agents (SMA) .2 Données à la disposition .1 Données sur la ville de Can Tho (Vietnam) .2 Données sur la ville de Phnom Penh (Cambodge) .3 Outils à la disposition. 22 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières v 4 Modèles proposés 24 4.1 Synthèse sur les modèles existants .2 Intérêt des modèles proposés.
34 5 Implémentation et expérimentation 36 5.1 Mise en place de la base de données venant des enquêtes .2 Implémentation du modèle microscopique .3 Implémentation du modèle macroscopique. 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des figures 3.1 Environnement de simulation du modèle .2 Conception du modèle IBM .3 carte SIG du district de NinhKieu Vietnam .4 carte SIG du district de Phnom Penh Cambodge .1 Activités quotidiennes des individus .2 Règle de contamination dans l’espace temporelle .3 Règle de contamination dans l’espace spatiale .4 Changement de compartiments au niveau d’un paquet de moustiques .5 Diagramme de classe du modèle micro .6 Diagramme de classe du modèle macro .1 Extrait de la base de données .2 Effectifs de la population par village .3 Mobilité de la population .4 Effectifs des individus infectés par la dengue selon l’âge .5 Effectifs des individus infectés par la dengue par année .6 plan du village An Hoa (district Ninh Kieu, Vietnam) .7 plan du district Phnom Penh Cambodge .8 Contamination de l’épidémie de dengue au niveau de l’espace .9 SEIR avec un taux de mobilité :48% .10 SEIR avec un taux de mobilité :20% .11 Effectifs des moustiques dans les foyers du village Tropeang Angchang Chah 45 5.12 Effectifs des moustiques dans les foyers du village Toul Snao .13 SEIR de la population du village Tropeang Angchang Chah .14 SEIR de la population du village Toul Snao. 46 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Liste des tableaux 4.1 Liste des agents du modèle microscopique .2 Liste des agents du modèle macroscopique. 33 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Introduction 1 INTRODUCTION La dengue a été décrite dès le 18ème siècle.
Cette maladie est transmise à l’homme par des moustiques Aedes aegypti. Elle est classée parmi les maladies émergentes du fait de son extension géographique rapide : contamination d’un village à un autre, d’une ville à une autre, voir même d’un pays à un autre. Aujourd’hui, Aedes aegypti est présent dans pratiquement toutes les zones tropicales et intertropicales du globe, 2,5 milliards de personnes, soit plus de 40% de la population mondiale sont menacés par la dengue. Dans un rapport que l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a publié, elle estime que la maladie pourrait toucher chaque année 50 à 100 millions personnes dans le monde.
La maladie est aujourd’hui endémique dans plus de 100 pays en Afrique, dans les Amériques, en Méditerranée orientale, en Asie du Sud-Est et dans le Pacifique occidental, indique l’OMS. La progression de la propagation d’épidémies de dengue est fortement dépendante des facteurs environnementaux, aussi bien naturels (température, précipitation et humidité) qu’aux activités produites par l’Homme (les modes de stockage des réserves d’eau, les eaux stagnantes produites par les vases, les gouttières). Au cours de ces 20 dernières années, la dengue a émergé ou ré-émergé dans les pays asiatiques, et provoquant des épidémies importantes et de nombreux décès humains. Plus, il y a beaucoup de voyages, plus, le nombre de cas de dengue importée augmente.
Jusqu’à maintenant, il n’existe aucun traitement spécifique ni vaccin contre la dengue. "Actuellement, la seule méthode pour prévenir ou combattre la transmission du virus consiste à lutter contre les vecteurs", souligne l’OMS. L’émergence de la dengue dans des différents pays est un phénomène complexe qui con- duit les chercheurs à s’intéresser à la fois aux maladies elles-mêmes et aux conditions de leur émergence et de leur propagation. Le grand défi est de comprendre les liens pouvant exister entre la propagation d’épidémies de dengue et les différents facteurs dynamiques comme les facteurs climatiques, les facteurs hydrologique, et les facteurs démographiques.
Cette étude est une analyse du système complexe du fait que les dy- namiques de chaque facteur à prendre en comptes sont déjà des systèmes complexes. Mise à part les facteurs climatiques et les facteurs hydrologiques, la progression et l’émergence rapide d’épidémies de dengue dépendent aussi d’autres facteurs tels que : l’amplification des voyages et l’urbanisation. L’amplification des voyages facilitent la dissémination des différents sérotypes du virus de la dengue. Et l’urbanisation telle que l’accessibilité à l’eau courante joue un rôle important sur l’évolution de la propagation d’épidémies de dengue du fait que l’existence des eaux stagnantes dans des maisons entraîne la produc- tion rapide des œufs des moustiques de dengue qui amène à la gravité de la propagation d’épidémies.
Notre travail se focalise sur la compréhension de l’évolution de la propaga- tion d’épidémies de dengue face à la mobilité au niveau de la population et aux risques LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Introduction 2 d’accéssibilité à l’eau courrante. Ce travail consiste à concevoir un modèle multi-échelles à base d’agents pour pouvoir comprendre cette évolution de propagation d’épidémies au niveau d’une petite échelle tel qu’un quartier et au niveau d’une grande échelle tel qu’un district. Nos modèles proposés pourraient aider les décideurs à comprendre les impacts de la mobilité de la population sur la progression rapide de l’épidémie de dengue et à prendre des mesures convenables en cas de l’épidémie. Ce présent rapport se divise en cinq grandes parties.
La première partie présente l’In- stitut de Recherche pour le Développement (IRD) et le sujet du stage. La deuxième partie définie le contexte du sujet.