Cette thèse porte sur différents modèles de propagation en épidémiologie évolutive. L'objectif est d'en faire une analyse mathématique rigoureuse puis d'en tirer des enseignements biologiques. Dans un premier temps nous envisageons le cas d'une population d'hôtes répartis de manière homogène dans un espace linéaire, dans laquelle se propage un pathogène pouvant muter entre deux phénotypes plus ou moins virulents. Ce phénomène de mutation est à l'origine d'une interaction entre les dynamiques évolutive et épidémiologique du pathogène. Nous étudions la vitesse de propagation de l'épidémie et l'existence de fronts progressifs, ainsi que l'influence sur la vitesse de différents facteurs biologiques, comme des effets stochastiques liés à la taille de la population d'hôtes (explorations numériques). Dans un deuxième temps nous envisageons une hétérogénéité spatiale périodique dans la population d'hôtes, et l'existence de fronts pulsatoires pour le système de réaction-diffusion (non-coopératif) associé. Enfin nous considérons un pathogène pouvant muter vers un grand nombre de phénotypes différents et étudions l'existence de fronts potentiellement singuliers, modélisant ainsi une concentration sur un trait optimal. / In this thesis we consider several models of propagation arising in evolutionary epidemiology. We aim at performing a rigorous mathematical analysis leading to new biological insights. At first we investigate the spread of an epidemic in a population of homogeneously distributed hosts on a straight line. An underlying mutation process can shift the virulence of the pathogen between two values, causing an interaction between epidemiology and evolution. We study the propagation speed of the epidemic and the influence of some biologically relevant quantities, like the effects of stochasticity caused by the hosts' finite population size (numerical explorations), on this speed. In a second part we take into account a periodic heterogeneity in the hosts' population and study the propagation speed and the existence of pulsating fronts for the associated (non-cooperative) reaction-diffusion system. Finally, we consider a model in which the pathogen is allowed to shift between a large number of different phenotypes, and construct possibly singular traveling waves for the associated nonlocal equation, thus modelling concentration on an optimal trait.

Cette thèse porte sur les fronts de transition pour des équations de réaction-diffusion dans différents milieux. Les fronts de transition généralisent les notions habituelles de fronts progressifs ou pulsatoires. Les principaux résultats sont les suivants. Pour des réactions bistables, nous prouvons la monotonie en temps de tous les fronts de transition avec vitesse globale moyenne non nulle. Pour des réactions bistables périodiques en temps ou pour des réactions de type combustion, nous prouvons l’existence et l’unicité de la vitesse globale moyenne d’un front. De plus, nous montrons que les fronts presque plans sont en réalité plans et nous montrons l’existence de fronts de transitions non standard. Pour des réactions bistables périodiques en espace, nous montrons la continuité et la différentiabilité des vitesses et des profils de ces fronts pulsatoires par rapport à la direction e en supposant l’existence de fronts pulsatoires à vitesse non nulle dans toutes les directions $e$. Ensuite, nous prouvons que la vitesse de propagation d’un front de transition quelconque est comprise entre les vitesses minimales et maximales des fronts pulsatoires. Enfin, nous étudions les vitesses globales moyennes des fronts de transition bistables dans des domaines non bornés : domaines extérieurs ou domaines à branches multiples cylindriques. Dans ces deux types de domaines, nous prouvons l’existence et l’unicité de la vitesse globale moyenne de tous les fronts de transition sous certaines hypothèses. / This dissertation is concerned with transition fronts in various media, which generalize the standard notions of traveling fronts. The main results are as following. For bistable reaction, we prove the time monotonicity of all transition fronts with non-zero global mean speed, whatever shape their level sets may have. For time-periodic bistable reaction and combustion-type reaction, we prove the existence and the uniqueness of the global mean speed. Meantime, we show that almost-planar fronts are actually planar and we show the existence of non-standard transitions fronts in $\mathbb{R}^N$. For spatially periodic bistable reaction, we show some continuity and differentiability properties of the front speeds and profiles with respect to the direction $e$ by providing the existence of pulsating fronts with nonzero speed in all directions $e$. Then, we prove that the propagating speed of any transition front is bounded by the minimal speed and the maximal speed of pulsating fronts. Finally, we study the mean speed of bistable transition fronts in unbounded domains: exterior domains and domains with multiple cylindrical branches. In both domains, we prove the existence and uniqueness of the global mean speed of any transition front under some assumptions.