pinon pierre-antoine influence de la mobilite

UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI
INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL
PINON PIERRE-ANTOINE
INFLUENCE DE LA MOBILITE QUOTIDIENNE
SUR LA PROPAGATION DE LA DENGUE:
DEVELOPPEMENT D'UN MODELE URBAIN
INTEGRE A BASE D’AGENTS
ẢNH HƯỞNG CỦA DI CHUYỂN HÀNG NGÀY
TỚI VIỆC LAN TRUYỀN BỆNH SỐT XUẤT
HUYẾT: PHÁT TRIỂN MỘT MÔ HÌNH ĐÔ THỊ
TRÊN NỀN HỆ ĐA TÁC TỬ
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE
HANOI – 2015
UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI
INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL
PINON PIERRE-ANTOINE
INFLUENCE DE LA MOBILITE QUOTIDIENNE
SUR LA PROPAGATION DE LA DENGUE:
DEVELOPPEMENT D'UN MODELE URBAIN
INTEGRE A BASE D’AGENTS
ẢNH HƯỞNG CỦA DI CHUYỂN HÀNG NGÀY
TỚI VIỆC LAN TRUYỀN BỆNH SỐT XUẤT
HUYẾT: PHÁT TRIỂN MỘT MÔ HÌNH ĐÔ THỊ
TRÊN NỀN HỆ ĐA TÁC TỬ
Spécialité: Systèmes Intelligents et Multimédia
Code: Programme pilote
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE
Sous la direction de:
Dr Alexis DROGOUL, Directeur de recherche
Dr Nicolas MARILLEAU, Ingénieur de recherche
Lu et validé, bon pour la soutenance
HANOI - 2015
ATTESTATION SUR L’HONNEUR
J’atteste sur l’honneur que ce mémoire a été réalisé par moi-même et que les données
et les résultats qui y sont présentés sont exacts et n’ont jamais été publiés ailleurs. La
source des informations citées dans ce mémoire a été bien précisée.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã
được chỉ rõ nguồn gốc.
Signature de l’étudiant
PINON Pierre-Antoine
REMERCIEMENTS
Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à M. Alexis Drogoul, directeur de
recherche à l’IRD UMMISCO/UPMC, qui m'a proposé cette offre de stage, et je le
remercie pour l'encadrement sans faille, le suivi qu’il ma apporté à mon stage, les
conseils, les discussions et réunions que nous avons pu avoir tout au long de la
réalisation de ce stage, aussi pour l’inspiration, et pour le temps qu’il a bien voulu me
consacrer.
Je tiens à remercier toute l’équipe pédagogique de l’Institut de la Francophonie pour
l’Informatique (IFI) de Hanoï, Vietnam et les intervenants professionnels responsables
de la formation en master de recherche en informatique, pour avoir assuré la partie
théorique de celle-ci.
Mes sincères remerciements s’adressent aussi à l’ensemble de l’équipe du projet
PICURS, Mlle Julie Blot, Post-Doctorante en géographie, M. Frédérick Gay,
Spécialiste en statistique et M. Bernard Gazelles, Spécialiste en épidémiologie, pour
les données épidémiologiques qu’il m'a apportées.
Je remercie l’ensemble du personnel "ICTLab" de l'Université des Sciences et
Techniques de Hanoi, pour son accueil très chaleureux et pour les conditions de travail
optimales.
Je souhaite remercier toutes les personnes qui m'ont aidé et soutenu durant toute la
période du stage, en particulier à M. Truong Chi Quang, qui m'a aidé à la création des
données shapefiles, à Huynh Quang Nghi, qui m'a aidé à la mise en place de la
plateforme ainsi que Duc An Vo, développeur du plug-in Gen* sous GAMA, qui m'a
aidé à comprendre et à implémenter ce plug-in dans le modèle.
Egalement, je remercie les personnes qui m'ont accueillie lors de ma mission à Can
Tho, Minh Thu, Van Pham Dang Tri et Nguyen Hieu Trung.
Enfin, j’adresse mes plus sincères remerciements à ma famille, qui m’a toujours
soutenue et encouragé au cours de la réalisation de mes études et de ce mémoire.
Merci à toutes et à tous.
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RESUME
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 pourraient exister entre la mobilité
de la population et la propagation d’épidémies de dengue. Nous avons construit un
modèle à base d’agents couplé à un modèle mathématique permettant de simuler la
propagation d’épidémies de dengue au niveau microscopique. Notre modèle s’appuie
sur les données réelles d’une grande ville à risques : Can Tho (Vietnam). Nous avons
constaté lors des expérimentations que plus les individus se déplacent, 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 l’aménagement du territoire a
un effet sur la propagation d’épidémies de dengue. Egalement, nous avons constaté
que le changement climatique a un impact direct sur la reproduction des moustiques,
ce qui favorise ou pénalise la propagation d’épidémies de dengue dans une courte
durée. Notre modèle pourrait aider les décideurs à comprendre le rôle de la mobilité de
la population face à la propagation d’épidémies de dengue.
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ABSTRACT
The dengue disease is a viral disease transmitted by Aedes aegypti mosquitoes to
humans. This disease is spread geographically very quickly 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 an agent based model
coupled with a mathematical model to simulate the spread of dengue epidemics at the
microscopic level. Our model is based on the actual data of the population of the a
citie at risk : Can Tho (Vietnam). We found in experiments that more individuals
move, more the disease spreads very 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 land has an effect on the spread of dengue
epidemics. Also, we found that climate change has a direct impact on the reproduction
of mosquitoes, which favors or penalizes 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.
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TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS.............................................................................................................................. 1
RESUME ................................................................................................................................................. 2
ABSTRACT ............................................................................................................................................ 3
TABLE DES MATIERES ..................................................................................................................... 4
TABLE DES FIGURES ......................................................................................................................... 6
LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................................... 7
INTRODUCTION .................................................................................................................................. 8
CHAPITRE 1 – PRESENTATION GENERALE ............................................................................. 10
1.1 Présentation de l’établissement d’accueil..................................................................................... 10
1.1.1 Présentation de l’IRD ............................................................................................................ 10
1.1.2 Ses missions et ses ambitions ................................................................................................ 10
1.1.3 Données et chiffres clés de l’IRD ......................................................................................... 10
1.1.4 Les recherche de l’IRD au Vietnam ...................................................................................... 11
1.1.5 Présentation d’UMI UMMISCO ........................................................................................... 11
1.1.6 Quelques partenaires d’UMI MMISCO ................................................................................ 12
1.1.7 Présentation d’ICTLab .......................................................................................................... 12
1.2 Description du stage ..................................................................................................................... 12
1.3 Travaux effectués ......................................................................................................................... 14
1.3.1 Recueil de données de terrain ............................................................................................... 14
1.3.2 Construction de cartes SIG .................................................................................................... 15
1.3.3 Génération d’une population synthétique ............................................................................. 15
1.3.4 Développement d’un modèle multi-échelle à base d’agents ................................................. 15
CHAPITRE 2 – CONTEXTE DU SUJET ......................................................................................... 16
2.1 Contexte de la maladie de dengue ................................................................................................ 16
2.1.1 Dengue hémorragique ........................................................................................................... 16
2.1.2 Vie d’un moustique ............................................................................................................... 15
2.1.3 Propagation de dengue .......................................................................................................... 17
2.1.4 Lutte contre la dengue ........................................................................................................... 18
2.2 Contexte de la modélisation ......................................................................................................... 18
2.2.1 Quelques définitions.............................................................................................................. 18
2.2.2 Domaine d’application .......................................................................................................... 19
2.2.3 Principaux outils de la modélisation ..................................................................................... 19
2.2.4 Modèles existants .................................................................................................................. 20
2.2.4.1 Modèles à base des systèmes d’équations différentielles ............................................ 20
2.2.4.2 Modèles à base des systèmes multi-agents (SMA) ..................................................... 24
2.2.4.3 Modèle épidémiologique de Damien Philippon .......................................................... 29
CHAPITRE 3 – MODELE PROPOSE .............................................................................................. 33
3.1 Données à disposition................................................................................................................... 33
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3.2 Outils utilisés ................................................................................................................................ 34
3.3 Intérêt du modèle proposé ............................................................................................................ 36
3.3.1 Environnement du modèle .................................................................................................... 36
3.3.2 Entités du modèle .................................................................................................................. 37
3.3.4 Couplage modèle à base d’agent et modèle mathématique ................................................... 38
3.3.5 Hypothèses ............................................................................................................................ 39
3.3.6 Conception ............................................................................................................................ 40
CHAPITRE 4 – IMPLEMENTATION ET EXPERIMENTATIONS ............................................ 42
4.1 Implémentation............................................................................................................................. 42
4.1.1 Mise en place de la population synthétique .......................................................................... 42
4.1.2 Création et modification fichiers SIG ................................................................................... 47
4.1.3 Développement du modèle sous GAMA .............................................................................. 48
4.2 Expérimentations .......................................................................................................................... 49
CHAPITRE 5 – CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................... 55
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................... 56
ANNEXES ............................................................................................................................................. 59
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TABLE DES FIGURES
Figure 2.2.4.2-1 : Environnement de simulation du modèle [22] ............................................26
Figure 2.2.4.3-1 : Représentation de la fonction d’émergence des moustiques [24]................30
Figure 3.1-1 : Carte SIG du district de Ninh Kieu, Vietnam, 2010..........................................34
Figure 3.3.5-1 : Mobilité humaine............................................................................................39
Figure 3.3.6-1 : Diagramme de classe UML du modèle...........................................................41
Figure 4.1.1-1 : Pourcentage des travailleurs............................................................................44
Figure 4.1.1-2 : Répartition Homme/Femme, donnée réel, Can Tho 2010..............................44
Figure 4.1.1-3 : Extrait de l'échantillon.....................................................................................44
Figure 4.1.1-4 : Résultat selon l'âge pour environ 1M habitants..............................................45
Figure 4.1.1-5 : Résultat selon l'âge pour 500 habitants...........................................................45
Figure 4.1.1-6 : Répartition selon le statut socioprofessionnel - Echantillon...........................46
Figure 4.1.1-7 : Répartition selon le statut socioprofessionnel - Taille réel.............................46
Figure 4.1.2-1 : Vue sous GAMA - An Hoa 2005 (gauche) et 2010 (droite)...........................47
Figure 4.1.2-2 : Vue sous GAMA - Modèle ............................................................................48
Figure 4.2-1 : Effectifs population de moustiques....................................................................50
Figure 4.2-2 : Effectifs population d’être humains I et E avec mobilité de 20.........................50
Figure 4.2-3 : Effectifs population d’être humains I et E avec mobilité de 80.........................51
Figure 4.2-4 : Effectifs population d’individus I et E, mobilité de 20%, SIG modifié............51
Figure 4.2-5 : Effectifs population d’individus I et E, mobilité de 80%, SIG modifié………52
Figure 4.2-6 : Températures hautes et basses pendant 5 années, début Janvier 2005…….….53
Figure 4.2-7 : Températures moyennes pendant 5 années, début Janvier 2005……………...53
Figure 4.2-8 : Prolifération des moustiques avec températures moyennes…………………...53
Figure 4.2-9 : Prolifération des moustiques avec températures hautes et basses……………..54
Figure Annexe 2-1 - Installation Gen.......................................................................................60
Figure Annexe 3-1 : An Hoa 2005 (gauche) et An Hoa 2010 (droite).....................................60
Figure Annexe 3-2 : An Khanh 2005 (gauche) et An Khanh 2010 (droite)………………….61
Figure Annexe 3-3 : Cai Khe 2005 (gauche) et Cai Khe 2010 (droite)....................................61
Figure Annexe 3-4 : An Binh 2005 (gauche) et An Binh 2010 (droite)...................................62
Figure Annexe 4-1 : Photos réelles d’eaux stagantes, Can Tho, An Hoa, 2015.......................63
Figure Annexe 5-1 : SIG modifié première façon....................................................................64
Figure Annexe 5-2 : SIG modifié deuxième façon...................................................................64
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2.2.4.1-1 : Définitions des variables du modèle [19]………………..………………21
Tableau 2.2.4.1-2 : Définitions des variables du modèle [20]
…………………………23
Tableau 2.2.4.3-1 : Définitions des variables SEIR du modèle [29]………….…………….. 31
Tableau 2.2.4.3-2 : Définitions des variables SEI du modèle [29]…………….……………..31
Tableau 3.3.1-1 : Liste des agents du modèle………………………………..……………….37
Tableau 4.1.1-1 : Distribution par âge dans chaque quartier étudié………………...………..43
Tableau 4.1.1-2 : Distribution par âge de notre échantillon…………………………………. 43
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