Cette thèse a pour but d'améliorer les connaissances concernant les techniques d'analyse de données et certains modèles bayésiens dans le domaine de l'étude des inégalités sociales et environnementales de santé. À l'échelle géographique de l'IRIS sur les agglomérations de Paris, Marseille, Lyon et Lille, l'événement sanitaire étudié est la mortalité infantile dont on cherchera à expliquer le risque avec des données socio-économiques issues du recensement et des expositions environnementales comme la pollution de l'air, les niveaux de bruit et la proximité aux industries polluantes, au trafic automobile ou aux espaces verts. Deux volets principaux composent cette thèse. Le volet analyse de données détaille la mise au point d'une procédure de création d'indices socio-économiques multidimensionnels et la conception d'un package R l'implémentant, puis la création d'un indice de multi-expositions environnementales. Pour cela, on utilise des techniques d'analyse de données pour synthétiser l'information et fournir des indicateurs composites utilisables directement par les décideurs publics ou dans le cadre d'études épidémiologiques. Le second volet concerne les modèles bayésiens et explique le modèle « BYM ». Celui-ci permet de prendre en compte les aspects spatiaux des données et est mis en oeuvre pour estimer le risque de mortalité infantile. Dans les deux cas, les méthodes sont présentées et différents résultats de leur utilisation dans le contexte ci-dessus exposés. On montre notamment l'intérêt de la procédure de création d'indices socio-économiques et de multi-expositions, ainsi que l'existence d'inégalités sociales de mortalité infantile dans les agglomérations étudiées / The purpose of this thesis is to improve the knowledge about and apply data mining techniques and some Bayesian model in the field of social and environmental health inequalities. On the neighborhood scale on the Paris, Marseille, Lyon and Lille metropolitan areas, the health event studied is infant mortality. We try to explain its risk with socio-economic data retrieved from the national census and environmental exposures such as air pollution, noise, proximity to traffic, green spaces and industries. The thesis is composed of two parts. The data mining part details the development of a procedure of creation of multidimensional socio-economic indices and of an R package that implements it, followed by the creation of a cumulative exposure index. In this part, data mining techniques are used to synthesize information and provide composite indicators amenable for direct usage by stakeholders or in the framework of epidemiological studies. The second part is about Bayesian models. It explains the "BYM" model. This model allows to take into account the spatial dimension of the data when estimating mortality risks. In both cases, the methods are exposed and several results of their usage in the above-mentioned context are presented. We also show the value of the socio-economic index procedure, as well as the existence of social inequalities of infant mortality in the studied metropolitan areas

Les tumeurs germinales du testicule (TGCT) sont la forme de cancer la plus fréquente chez les hommes jeunes (15-39 ans). Un rôle de l'environnement au moment de la période prénatale est suspecté, mais aucune étiologie claire ne semble émerger. Cette thèse avait pour but de développer une nouvelle approche épidémiologique pour étudier l'impact des expositions prénatales aux pesticides sur le risque de TGCT. Par une revue de la littérature, nous avons tout d'abord montré le manque d'études sur les expositions prénatales et le besoin de méthodes fiables pour évaluer l'exposition environnementale aux pesticides. Ensuite, par une campagne de mesures domestiques dans 239 foyers, nous avons identifié les déterminants environnementaux de l'exposition aux pesticides agricoles. La surface des cultures dans un rayon de 500m (vergers) ou 1000m (céréales/vignes), le vent et les barrières végétales ont été identifiés comme déterminants de l'exposition. La bonne efficacité de notre lingette en cellulose a été testée en laboratoire. Nos résultats montrent également l'importance des utilisations domestiques de pesticides sur la contamination des foyers. Enfin, à travers une étude cas témoins pilote, nous avons confirmé notre capacité à recruter des sujets et leurs mères, ainsi que les informations requises pour évaluer les expositions jusque dans les années 70. Pour conclure, nos résultats ont permis le développement d'une étude cas-témoins nationale (projet TESTIS) pour étudier l'impact des expositions prénatales aux pesticides sur le risque de TGCT. Ce projet a été financé et est en cours de réalisation. Cette thèse sert également de base à plusieurs autres projets multidisciplinaires / Testicular germ cell tumors (TGCT) are the most common cancers in men aged 15–39 years. Environmental exposures occurring in the prenatal period are suspected to play a role, but no clear associations with TGCT risk are known. This thesis aimed to develop an epidemiological approach to study the impact of prenatal exposures to pesticides on the TGCT risk. First, through a systematic literature review, we identified a gap in knowledge regarding prenatal exposures, as well as the need for more reliable assessment of environmental pesticide exposures. Second, through a survey of indoor dust sampling in 239 households, we identified the environmental determinants of agricultural pesticide exposure to develop a metric to assess environmental pesticide exposures using a geographical information system. Crop acreage within 500m (orchards) or 1000m (cereals/vineyards), wind, and vegetative barriers were identified as determinants of the indoor contamination. The overall good efficiency of our cellulose wipe was assessed through laboratory experiments. Our results also suggested domestic pesticide use as a major source of households’ pesticide exposure. Third, through a case-control pilot study we tested different approach to recruit young men and their mothers, and we confirmed our ability to collect information about their exposures, and to map precisely their addresses until the 1970’s. Our findings lead to the development of a national case-control study (TESTIS project) aiming to assess the impact of prenatal pesticides exposures on the TGCT risk. This project has been funded and is currently on-going. Our research also serves as basis for further multidisciplinary projects

Contexte: La compréhension de l’histoire naturelle de l’asthme et des allergies au cours de la petite enfance est encore parcellaire. De plus, il persiste encore des incertitudes quant à la contribution des facteurs comportementaux et environnementaux au développement de ces maladies. Objectifs: 1) Etudier l’histoire naturelle des symptômes respiratoires et allergiques chez l’enfant de 0 à 4 ans en identifiant des phénotypes basés sur ces symptômes par des analyses de cluster, 2) Caractériser ces phénotypes au regard de leurs co-morbidités et de leurs facteurs de risque, en particulier ceux liés à l’environnement de vie des enfants incluant leur exposition précoce à la pollution atmosphérique d’origine automobile (PAA). Matériel et méthodes: Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du suivi de la cohorte de naissances PARIS (Pollution and Asthma Risk: an Infant Study) mise en place en 2003 et incluant 3840 nouveau-nés. Des auto-questionnaires régulièrement renseignés par les parents ont permis de documenter l’état de santé des enfants en termes de symptômes et de pathologies respiratoires/allergiques, ainsi que leur mode et cadre de vie. La sensibilisation allergénique a été déterminée par dosage des IgE spécifiques dans le sang à l’âge de 18 mois. L’exposition à la PAA intégrant les différents lieux de vie (domicile, lieu de garde) a été évaluée pour la première année de vie des enfants par un modèle de dispersion, l’indice ExTra. L’identification de phénotypes respiratoires/allergiques entre 0 et 4 ans a été effectuée par des analyses de cluster transversales et longitudinales. Les co-morbidités et facteurs de risque associés aux phénotypes ont été étudiés. Résultats : Entre 0 et 4 ans, des sifflements ont été rapportés chez 31% des enfants, et une toux sèche nocturne chez 38%. Ils sont respectivement 43% et 38% à avoir éprouvé des symptômes évocateurs de rhinite allergique et de dermatite atopique. La prévalence cumulée des maladies diagnostiquées par un médecin était de 12,2% pour l’asthme, 39,4% pour l’eczéma et 3,8% pour le rhume des foins. L’étude des trajectoires des symptômes de sifflements, toux sèche nocturne, rhinite allergique et dermatite atopique a permis d’identifier un groupe avec une faible prévalence de symptômes [n=1236, 49,0%] et quatre phénotypes respiratoires/allergiques distincts: deux transitoires («rhinite transitoire» [n=295, 11,7%] et «sifflements transitoires» [n=399, 15,8%]), non associés avec la sensibilisation IgE dépendante, et deux persistants («toux/rhinite» [n=284, 11,3%] et «dermatite» [n=308, 12,2%]), associés à la sensibilisation allergénique. Le phénotype «rhinite transitoire» était associé à l'exposition postnatale au tabagisme, pouvant irriter les voies respiratoires. Le phénotype «sifflements transitoires» était lié au sexe masculin et au contact avec d'autres enfants (frères et sœurs plus âgés, fréquentation d'une crèche). Les facteurs de risque des deux phénotypes associés aux IgE comprenaient la présence d’antécédents parentaux d'allergie, ainsi que l'exposition potentielle à des allergènes et au stress, connues pour jouer un rôle dans le développement des maladies allergiques. Nos résultats montrent également qu’au regard de la symptomatologie allergique, l’exposition précoce à la PAA semble impacter davantage certains sous-groupes d’enfants (ceux de sexe masculin, ceux ayant un terrain familial d’asthme/d’allergie et ceux dont la mère a souffert d’un problème grave de santé). Conclusion: Ce travail contribue à mieux comprendre l’histoire naturelle des manifestations respiratoires et allergiques durant les années préscolaires et suggère l'existence de différents phénotypes avant l'âge scolaire. Le fait qu'ils diffèrent en termes de facteurs de risque et de sensibilisation renforce la plausibilité de profils distincts, potentiellement liés aux irritations et aux infections pour les phénotypes transitoires, et à l'allergie pour les phénotypes persistants. / Background: The natural history of asthma and allergies during childhood is still not fully understood. In addition, there are still some uncertainties about the contribution of behavioral and environmental factors to the development of these pathologies. Objectives: 1) To study the natural history of respiratory and allergic symptoms in children from birth to age 4 years by identifying phenotypes based upon these symptoms using cluster analyses, 2) To characterize these phenotypes with regard to their comorbidity and risk factors, especially those related to the life environment of children, including their early exposure to traffic-related air pollution (TAP). Methods: This work is part of the follow-up of the PARIS (Pollution and Asthma Risk: an Infant Study) birth cohort, implemented in 2003 and including 3840 newborns. Self-administered questionnaires regularly filled in by parents were used to collect information about the health status of children in terms of respiratory/allergic symptoms and diseases, as well as about lifestyle/environment characteristics. IgE-mediated sensitisation was determined at the age of 18 months. Exposure to TAP integrating the different places of residence and day-care was assessed in the first year of life of children using a dispersion model, the ExTra index. Respiratory/allergic phenotypes were identified between 0 and 4 years by cross-sectional and longitudinal cluster analyses. Comorbidity and risk factors associated with phenotypes were studied. Results: Between 0 and 4 years, wheezing has been reported in 31% of children, and dry night cough in 38%, whereas 43% and 38% have experienced symptoms suggestive of allergic rhinitis and atopic dermatitis, respectively. The prevalence of doctor-diagnosed diseases in the first 4 years was 12.2% for asthma, 39.4% for eczema and 3.8% for hay fever. The study of joint trajectories of symptoms such as wheezing, dry night cough, allergic rhinitis and atopic dermatitis identified a group with low prevalence of symptoms [n=1236, 49.0%] and four distinct phenotypes: two transient ("transient rhinitis" [n=295, 11.7%] and "transient wheeze" [n=399, 15.8%]), without any relation with IgE sensitisation, and two persistent ("cough/rhinitis" [n=284, 11.3%] and "dermatitis" [n=308, 12.2%]) associated with allergic sensitisation. Transient rhinitis phenotype was only associated with tobacco smoke exposure, which could irritate the airways. Transient wheeze phenotype was related to male sex and contact with other children (older siblings, day-care attendance). Lastly, risk factors for both IgE-associated phenotypes encompassed parental history of allergy, potential exposure to allergens and stress, known to be associated with the development of allergic diseases. With regard to allergic symptomatology, our results also show that the impact of early exposure to TAP could be more important in some subgroups of children (boys, children with parental history of allergy, and children whose mother experienced a serious health problem). Conclusion: This work contributes to a better understanding of the natural history of respiratory/allergic symptoms during preschool years, and provides evidence for the existence of different phenotypes before school age. The fact they differ in terms of sensitisation and risk factors reinforces the plausibility of distinct profiles, potentially linked to irritation and infections for the transient phenotypes, and to allergy for the persistent phenotypes.

Cette thèse a pour but d'améliorer les connaissances concernant les techniques d'analyse de données et certains modèles bayésiens dans le domaine de l'étude des inégalités sociales et environnementales de santé. À l'échelle géographique de l'IRIS sur les agglomérations de Paris, Marseille, Lyon et Lille, l'événement sanitaire étudié est la mortalité infantile dont on cherchera à expliquer le risque avec des données socio-économiques issues du recensement et des expositions environnementales comme la pollution de l'air, les niveaux de bruit et la proximité aux industries polluantes, au trafic automobile ou aux espaces verts. Deux volets principaux composent cette thèse. Le volet analyse de données détaille la mise au point d'une procédure de création d'indices socio-économiques multidimensionnels et la conception d'un package R l'implémentant, puis la création d'un indice de multi-expositions environnementales. Pour cela, on utilise des techniques d'analyse de données pour synthétiser l'information et fournir des indicateurs composites utilisables directement par les décideurs publics ou dans le cadre d'études épidémiologiques. Le second volet concerne les modèles bayésiens et explique le modèle " BYM ". Celui-ci permet de prendre en compte les aspects spatiaux des données et est mis en œuvre pour estimer le risque de mortalité infantile. Dans les deux cas, les méthodes sont présentées et différents résultats de leur utilisation dans le contexte ci-dessus exposés. On montre notamment l'intérêt de la procédure de création d'indices socio-économiques et de multi-expositions, ainsi que l'existence d'inégalités sociales de mortalité infantile dans les agglomérations étudiées.

Contexte : L’influence de la végétation urbaine sur le développement de l’asthme infantile est controversée. Il est avancé que les arbres (canopée urbaine) réduisent la pollution atmosphérique, un facteur de risque de l’asthme mais également, que certains peuvent émettre des pollens et des composés organiques volatils biogéniques, tout-autant des facteurs de risque pour le développement de l’asthme chez l’enfant. Cependant, les risques associés à la canopée urbaine ont été étudiés à l’aide de données rudimentaires souvent, sans considération pour la saison. Objectifs : 1) Caractériser l’association entre la végétation urbaine et le développement de l’asthme en distinguant la végétation totale et de la canopée des feuillus et de conifères, en fonction des saisons de production de pollens et de feuilles des arbres. 2) Évaluer l’influence de la canopée d’arbres sur l’association entre les particules fines (PM2.5) et le développement de l’asthme infantile. Méthodes : Nous avons utilisé les données d’une cohorte de naissance ouverte contenant tous les enfants nés sur l’île de Montréal (Canada) entre 2000 et 2015 et suivis jusqu’à leurs 12 ans, créée à partir de données médico-administratives agrégées. L’exposition à la végétation totale a été estimée à l’aide d’une mesure satellitaire appelée l’indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et l’exposition à la canopée urbaine, a été estimée à l’aide de données de télédétection laser aéroporté - LiDAR permettant d’estimer l’aire de la canopée des feuillus et des conifères dans un rayon de 250 m autour de la résidence des participants, tout au long du suivi. En dehors des saisons de pollens et de feuilles des arbres, les variables d’expositions ont été fixées à zéro. Des modèles de risque proportionnels de Cox ont été développés pour estimer le risque associé au NDVI et aux canopées d’arbres lors de la saison de pollens et de feuilles des arbres. La non-linéarité a été modélisée à l’aide de catégories et de splines cubiques pour les expositions. Nous avons ensuite évalué l’effet de la canopée urbaine sur l’association entre les particules fines (PM2.5) et le développement de la maladie. Résultats : Parmi les 352 946 enfants inclus dans la cohorte et suivis pour un total de 1,7 millions de personnes-années, 30 816 nouveaux cas d'asthme ont été identifiés pour un taux moyen de nouveaux cas d’asthme était de 17,79 nouveaux cas par 1 000 personnes-années. Le NDVI moyen annuel s’élevait à 0,365 (Écart-type (ET) : 0,106) dans un rayon de 250 m centré sur la résidence des participants. En saison de pollens, le NDVI moyen se réduisait à 0,089 (ET : 0,106) et à 0,15 (ET : 0,185) en saison de feuilles. En moyenne, les enfants étaient exposés à trois fois plus de canopées de feuillus (moyenne = 12,3 (ET : 17,0) ×103 m2) que de conifères en saison de feuilles (moyenne= 4,5 (ET : 4,3) ×103 m2), et sept fois plus en saison de pollens. Nos analyses ont révélé des associations distinctes en fonction des saisons pour le NDVI et la canopée de feuillus. Trop peu de conifères étaient présents pour tirer des conclusions quant à leur effet. Les analyses à l’aide des splines cubiques pour les expositions ont indiqué la présence de relations non-linéaires. La catégorisation des expositions a indiqué que des niveaux moyens de canopée de feuillus en saisons de feuilles avaient un effet protecteur lorsque comparés aux non-exposés (Rapport de Risque (RR): 0,694 ; Intervalle de confiance (IC95%) : 0,680 – 0,708). À l’inverse, pour les journées de pollens, la canopée de feuillus autour de la résidence était associée à l’augmentation du risque (RR =1,082 (IC95% 1,056 – 1,108)). Pour les catégories de NDVI annuel (non subdivisé par saisons), aucune association n’a été détectée. Pour finir, la canopée d’arbres et le NDVI n’ont influencé que très faiblement l’association entre les PM2.5 régionaux et le développement de l’asthme infantile. Cependant, une légère interaction a été observée entre les feuillus en saison de feuilles et les PM2.5. Des niveaux élevés de feuillus autour de la résidence en période de feuilles diminueraient le risque d’asthme associé à l’exposition aux PM2.5. Discussions : Les résultats suggèrent que l’effet de la végétation varie en fonction des saisons. L’effet capté par le NDVI semble être en grande partie attribuable à la canopée de feuillus. L’influence de la végétation sur l’association entre les PM2.5 et le développement de l’asthme est très faible. / Background: The influence of urban vegetation and tree canopy on the development of childhood asthma is controversial. It is argued that trees reduce air pollution, a risk factor for asthma, but at the same time, some species emit pollens and biogenic volatile organic compounds, all of which are risk factors for the development of asthma in children. Yet, the risks associated with the urban canopy have been studied using rudimentary data, often without consideration for the season. Objectives: 1) To characterize the association between urban vegetation and asthma development by distinguishing between total vegetation and deciduous and evergreen tree canopy, according to the pollen and leaf-on seasons. 2) To assess the influence of tree canopy on the association between fine particulate matter (PM2.5) and the development of childhood asthma. Methods: We used data from an open birth cohort containing all children born on the island of Montreal, Canada, between 2000 and 2015 and followed up until their 13th birthday, created from aggregated medico-administrative data. Exposure to total vegetation was estimated using a satellite measure called the normalized difference vegetation index (NDVI). Exposure to the urban canopy was estimated using LiDAR, an airborne remote laser sensing technology that was used to estimate the area of the deciduous and coniferous canopy within a 250 m buffer centered on participants' residential postal codes, updated throughout the follow-up. Outside of the pollen and tree leaf-on seasons, exposure variables were set to zero. Cox proportional hazard models were developed to estimate the risk associated with NDVI and tree canopies for the pollen and tree leaf-on seasons. Nonlinearity was modeled using categories and restricted cubic splines for exposures variables. We then assessed the effect of the urban canopy on the association between fine particulate matter (PM2.5) and asthma development. Results: Among the 352,946 children included in the cohort and followed for a total of 1.7 million person-years, 30,816 new asthma cases were detected, for an average incidence rate of 17.79 new cases per 1,000 person-years. The mean annual NDVI was 0.365 (Standard Deviation (SD): 0.106) within a 250 m buffer centered on participants' residential postal codes. In the pollen season, the mean NDVI was reduced to 0.089 (SD: 0.106) and to 0.15 (SD: 0.185) for the leaf-on season. On average, children were exposed to three times as much deciduous canopy (mean= 12.3 (SD: 17.0) ×103 m2) as coniferous canopy in leaf-on season (mean= 4.5 (SD: 4.3) ×103 m2), and seven times as much in pollen season. Our analyses revealed distinct associations by season for NDVI and deciduous trees. Too few evergreens were present to draw conclusions about their effect. Cubic spline analyses for exposures indicated the presence of nonlinear relationships. Exposure categorization indicated that average levels of deciduous trees canopy in the leaf-on season had a protective effect when compared to unexposed (Hazard Ratio (HR): 0.694; Confidence Interval (CI95%): 0.680 - 0.708). Conversely, for pollen days, the residential deciduous canopy was associated with increased risk (HR =1.082 (CI95% 1.056 - 1.108)). For annual NDVI categories (not subdivided by season), no association was detected. Finally, tree canopy and NDVI only weakly influenced the association between regional PM2.5 and childhood asthma development. However, a slight interaction was observed between leaf-on-season deciduous canopy and PM2.5. High levels of deciduous trees canopy at residential postal codes during the leaf-on season decrease the risk of asthma associated with PM2.5 exposure. Discussion: Our results suggest that the effect of vegetation varies with season. The effect captured by NDVI appears to be largely due to the deciduous canopy. The influence of vegetation on the association between PM2.5 and asthma development appeared to be marginal.