Cette thèse s'intéresse aux interactions entre immunologie, épidémiologie et biologie évolutive. Nous utilisons une combinaison d'approches mathématiques et statistiques pour comprendre les processus gouvernant les dynamiques épidémiologiques et les phylogénies observées pour différents pathogènes de l'échelle individuelle aux populations. Nous prenons l'exemple de la grippe humaine. Trois hypothèses permettent de rendre compte de la phylodynamique particulière de la grippe: (i) il existe un mécanisme de densité-dépendance directe médié par une période temporaire d'immunité totale après infection ; (ii) le nombre de phénotypes possibles est limité, les virus les ré-explorant sans cesse ; (iii) l'évolution de l'antigène principal de la grippe est ponctuée, les échappements ponctuels à l'immunité induisant des balayages sélectifs. (iii) domine aujourd'hui et rend compte de la variabilité des épidémies de grippe, de larges échappements à l'immunité en induisant de plus grandes. Nous montrons que le formalisme ayant mené à (iii) induit de manière implicite un processus immunologique irréaliste pour la grippe. Nous révélons que les séries temporelles d'incidences grippales ne peuvent pas fournir une preuve du caractère ponctué de l'évolution antigénique, un modèle parcimonieux prenant en compte une évolution antigénique purement graduelle les reproduisant. La nature chaotique de ces dynamiques marque une limite fondamentale à la prédictibilité de la taille des épidémies de grippe et ce, indépendamment de la contingence évolutive. Nous développons un formalisme confrontable aux données pour tester les différentes hypothèses rendant compte de la phylodynamique de la grippe.

Madagascar fait partie de la zone de haute endémicité pour l‟hépatite B dont le profil de circulation varie selon la ruralité de la zone d‟habitation. De par son insularité et les origines de ses peuplements, nous avons supposé que ce profil de circulation du VHB était dû à la variabilité du VHB et à l‟hétérogénéité du profil de transmission. Ce projet de thèse a pour objectif principal de déterminer les facteurs épidémiologiques et moléculaires influençant la dynamique de transmission et l‟évolution vers les complications de l‟infection par le virus de l‟hépatite B à Madagascar. Résultats : la séroprévalence globale pondérée en Ag HBs est de 6,9% avec des variations allant de 0% à 26% selon les zones géographiques considérées. La prévalence augmente en s‟éloignant des grandes villes et des principales routes nationales les reliant et chez les individus à faible statutsocio-économique. L‟étude du flux génétique des souches virales de l‟hépatite B montre que les zones les plus reculées représentent un réservoir pour la dissémination du virus. L‟infection par le virus de l‟hépatite B est responsable de 31% des maladies hépatiques chroniques rencontrées dans les services hospitaliers investigués à Antananarivo. L‟introduction du VHB s‟est probablement faite au cours du XIXème siècle. Sa propagation à l‟intérieur du pays a pris une allure exponentielle durant les années 80s probablement durant les épidémies de paludisme et suite à des réutilisations des matériels d‟injections. Conclusion : Les résultats de ces différents travaux nous ont permis de plaider pour une politique de lutte visant en particulier les zones très reculées de l‟île où la prévalence en AgHBs est la plus importante. / Madagascar is part of endemic region of HBV. Distribution is different in rural and urban area. The historic of human settlement and its insularity might impact distribution and molecular characteristic of HBV in Madagascar, we then supposed that difference observed in distribution and prevalence of HBV were due to viral variability and different pattern of viral transmission. Therefore, the main objective of this thesis was to determine molecular and epidemiological pattern that may influence dynamic transmission and complications of infection. Results: weighted prevalence of HBsAg was 6.9%. It varied from 3% to 26% according to area of sampling. Populations with a low socio-economic status and those living in rural areashad a significantly higher seroprevalence of HBsAg. Gene flow study showed rural area remain important in virus diffusion.HBV infection was found to be responsible of 31% of chronic liver disease encountered in the main public hospital in the capital of the country. Because of its recent emergence, its introduction dated from XIX century during colonization period. Its expansion during 1980s might be due to use of unsafe injection material mainly during malaria epidemic. Conclusion: The result of these work allowed us to advocate for a policy of struggle, in particular in the very remote areas of the island where the HBsAg prevalence is the most important and where care and preventive measures such as vaccinations are scarce.

La maladie pied-main-bouche (PMB) et l’herpangine sont deux maladies pédiatriques bénignes causées par les entérovirus (EV), en particulier les sérotypes de l’espèce A (EV-A). Le sérotype EV-A71 fait l’objet d’une surveillance dans les pays du Sud Est de l’Asie car il est associé à des atteintes neurologiques sévères chez les très jeunes enfants, parfois mortelles (défaillance cardio-pulmonaire). Les infections causées par les autres EV-A tel que le coxsackievirus A16 (CV-A16) provoquent rarement des atteintes sévères. En Europe, les cas de maladie PMB causés par l’EV-A71 ne font pas l’objet d’une déclaration obligatoire, car ce virus ne cause pas d’épidémies de grande ampleur. L’objectif général de la thèse était d’étudier l’épidémiologie des EV-A en Europe et nous avons utilisé une approche phylogénétique bayésienne pour analyser un échantillon de 500 souches. Nous montrons la circulation discontinue de l’EV-A71 de deux populations virales principales (sous génogroupes C1 et C2), ce qui explique la rareté des épidémies en Europe. L’épidémiologie de ce virus est aussi caractérisée par des transports de souches entre les pays Européens et sporadiquement entre l’Europe et l’Asie (sous génogroupes B5 et C4). La recombinaison génétique intertypique survient rarement parmi les populations d’EV-A71 en circulation et ne contribue pas significativement à leur diversité génétique. Cependant, ce mécanisme génétique est relié à l’émergence d’un sous génogroupe CV-A16 qui circule en France depuis 2011. Comparés à l’EV-A71, les sérotypes CV-A2, CV-A4, CV-A6 sont plus fréquemment sujets à des événements de recombinaison intertypiques. L’analyse de la sélection à l’échelle moléculaire indique que la fixation des mutations dans les protéines de capside de l’EV-A71 est lente, probablement à cause des contraintes structurales et fonctionnelles. La surveillance des infections à EV-A71 en Europe devrait être renforcée à cause de la neurovirulence de ce virus, de l’introduction récente et répétée de souches variantes « asiatiques » et de l’existence d’une grande diversité de génogroupes en Afrique et en Inde encore peu explorée. / Hand-Foot and Mouth Disease (HFMD) and Herpangina are two benign pediatric diseases caused by Enteroviruses (EV), especially enterovirus A species serotypes (EV-A). Infections caused by the EV-A71 serotype are monitored in countries of South East Asia because they are associated with severe neurological symptoms in young children and may be fatal (cardiopulmonary failure). Infections caused by the other EV-A serotypes, e.g. coxsackievirus A16 (CV-A16), rarely induce severe symptoms. In Europe, EV-A71 HFMD cases are not notifiable because this virus does not cause large-scale epidemics. The overall objective of this thesis was to study the EV-A epidemiology in Europe and we used a Bayesian phylogenetic approach to analyze 500 viral strains. We show a discontinued circulation of two EV-A71 populations (C1 and C2 subgenogroups), which explains the rare outbreaks in Europe. The epidemiology of this virus is characterized by transportation events of viral strains between European countries and sporadically between Europe and Asia (C4 and B5 subgenogroups). Intertypic genetic recombination occur rarely among circulating EV-A71 populations and does not contribute significantly to their genetic diversity. We found that genetic mechanism was related to the emergence of a new CV-A16 subgenogroup, which is circulating in France since 2011. In comparison with EV-A71, a number of serotypes (CV-A2, CV-A4, and CV-A6) are more frequently involved in intertypic recombination events. The structural and functional constraints are possible factors involved in the slow mutation fixation in the EV-A71 capsid proteins as determined by analyses of molecular selection. Neurovirulence, the recent and repeated introductions of variants “Asian” strains, and the diversity of genogroups in Africa and India call for strengthened surveillance of EV-A71 infections among European countries.