Le moustique Aedes albopictus, potentiellement vecteur de virus tels que la dengue, le Chikungunya ou le Zika est présent dans une quarantaine de départements français de métropole. L’expérience de cas et foyers autochtones de dengue et de Chikungunya enregistrés en Europe et en France métropolitaine depuis une dizaine d’années confirment l’intérêt des autorités d’anticiper le risque par l’adoption de stratégies collectives. Ce travail s’appuie sur une ethnographie des interactions entre les agents de la communauté d’agglomération Var-Esterel-Méditerranée et des riverains, ainsi que sur une série d’entretiens semi-directifs réalisés auprès d’acteurs institutionnels et d’administrés de la Ville de Nîmes. A partir d’analyses des discours et des pratiques, ce travail propose une réflexion sur les perceptions de la nuisance, des risques sanitaires associés à Aedes albopictus, ainsi que des mesures mises en œuvre à titre individuel et collectif. Cette thèse entend démontrer en quoi la lutte contre Aedes albopictus et la promotion de la mobilisation sociale à l’échelle institutionnelle locale relèvent moins d’enjeux strictement sanitaires que plus largement politiques et en particulier de priorisation de l’agenda politique local. L’enjeu plus général que nous discutons est de savoir si l’implication institutionnelle locale en matière de lutte contre le moustique tigre est révélatrice d’identités de territoire et préfigure des inégalités territoriales et plus largement sociales en termes d’accès à l’information, de prévention vis-à-vis des risques sanitaires et de qualité de vie des populations. / The mosquito Aedes albopictus, is the potential vector of different viruses, such as dengue, Chikungunya and Zika, and is present in about 40 departments of mainland France. The experience of the cases and the autochthonous clusters of dengue fever and Chikungunya recorded in Europe and in mainland France in the last 10 years confirm the authorities’ interest in anticipating this problem by adopting collective strategies. The work of this thesis is based on the ethnography of the interactions between the local authority agents of the communauté d’agglomération Var-Esterel-Méditerranée and the local residents, as well as on a series of semi-structured interviews with institutional players and citizens of the city of Nîmes. Starting from the analysis of the words and actions, this work proposes an investigation of the perceptions concerning the mosquito nuisance and health risks associated with Aedes albopictus, as well as of the individual and collective measures. This thesis work wants to show how the fight against Aedes albopictus and the promotion of social mobilization at the local scale are less related to strict health issues and more broadly to political issues, particularly the local political agenda priorities. The more general issue we discuss is to understand whether the local institution implication in the fight against tiger mosquitoes reveals local identities and foreshadow local and also more general social inequalities in terms of access to information and prevention of health risks and quality of life of the populations.

Les maladies émergentes à transmission vectorielle sont une préoccupation croissante et particulièrement lorsqu’elles affectent les chevaux, une population spécifiquement à risque vis-à-vis de la propagation de maladies. En effet, les chevaux voyagent fréquemment et, malgré l’impact sanitaire et économique des maladies équines, les règlementations sanitaires et les principes de biosécurité et de traçabilité censés assurer la sécurité des mouvements d'équidés ne sont pas toujours en place. Notre travail propose d'améliorer la surveillance des maladies à transmission vectorielle chez les chevaux en utilisant différentes méthodes pour estimer la probabilité d'émergence d'une maladie. Tout d'abord, nous avons développé un modèle quantitatif et spatio-temporel combinant différentes probabilités pour estimer les risques d'introduction de la peste équine et de l’encéphalose équine. Ces combinaisons permettent d’obtenir une image plus détaillée du risque posé par ces agents pathogènes. Nous avons ensuite évalué des systèmes de surveillance syndromique par deux approches méthodologiques: l'approche classique avec un seuil d'alarme basé sur un multiple de l'erreur standard de prédiction, et l'approche bayésienne basée sur le rapport de vraisemblance. Nous avons travaillé ici principalement sur la détection précoce du virus West Nile en utilisant les symptômes nerveux des chevaux. Les deux approches ont fourni des résultats prometteurs, mais l’approche bayésienne était particulièrement intéressante pour obtenir un résultat quantitatif et pour combiner différentes informations épidémiologiques. Pour finir, l'approche bayésienne a été utilisée pour combiner quantitativement différentes sources d'estimation du risque : surveillance syndromique multivariée, et combinaison de la surveillance syndromique avec les résultats d’analyses de risques. Ces combinaisons ont données des résultats prometteurs. Ce travail, basé sur des estimations de risque, contribue à améliorer la surveillance des maladies à transmission vectorielle chez les chevaux et facilite la prise de décision. Les principales perspectives de ce travail sont d'améliorer la collecte et le partage de données, de mettre en oeuvre une évaluation complète des performances des systèmes de surveillance multivariés, et de favoriser l'adoption de ce genre d’approche par les décideurs en utilisant une interface conviviale et en mettant en place un transfert de connaissance. / Emerging vector-borne diseases are a growing concern, especially for horse populations, which are at particular risk for disease spread. In general, horses travel widely and frequently and, despite the health and economic impacts of equine diseases, effective health regulations and biosecurity systems to ensure safe equine movements are not always in place. The present work proposes to improve the surveillance of vector-borne diseases in horses through the use of different approaches that assess the probability of occurrence of a newly introduced epidemic. First, we developed a spatiotemporal quantitative model which combined various probabilities in order to estimate the risk of introduction of African horse sickness and equine encephalosis. Such combinations of risk provided more a detailed picture of the true risk posed by these pathogens. Second, we assessed syndromic surveillance systems using two approaches: a classical approach with the alarm threshold based on the standard error of prediction, and a Bayesian approach based on a likelihood ratio. We focused particularly on the early detection of West Nile virus using reports of nervous symptoms in horses. Both approaches provided interesting results but Bayes’ rule was especially useful as it provided a quantitative output and was able to combine different epidemiological information. Finally, a Bayesian approach was also used to quantitatively combine various sources of risk estimation in a multivariate syndromic surveillance system, as well as a combination of quantitative risk assessment with syndromic surveillance (applied to West Nile virus and equine encephalosis, respectively). Combining evidence provided promising results. This work, based on risk estimations, strengthens the surveillance of VBDs in horses and can support public health decision making. It also, however, highlights the need to improve data collection and data sharing, to implement full performance assessments of complex surveillance systems, and to use effective communication and training to promote the adoption of these approaches.

PhD (Mathematics) / Department of Mathematics and Applied Mathematics / In this study, we developed multiscale models of vector-borne diseases. In general, the transmission of vector-borne diseases can be considered as falling into two categories, i.e. direct transmission and environmental transmission. Two representative vector-borne diseases, namely; malaria which represents all directly transmitted vector-borne diseases and schistosomiasis which represents all environmentally transmitted vector-borne diseases were studied. Based on existing mathematical modelling science base, we established a new multiscale modelling framework that can be used to evaluate the effectiveness of vector-borne diseases treatment and preventive interventions. The multiscale models consisted of systems of nonlinear ordinary differential equations which were studied for the provision of solutions to the underlying problem of the disease transmission dynamics. Relying on the fact that there is still serious lack of knowledge pertaining to mathematical techniques for the representation and construction of multiscale models of vector-bone diseases, we have developed some grand ideas to placate this gap. The central idea in multiscale modelling is to divide a modelling problem such as a vector-bone disease system into a family of sub-models that exist at different scales and then attempt to study the problem at these scales while simultaneously linking the sub-models across these scales. For malaria, we formulated the multiscale models by integrating four submodels which are: (i) a sub-model for the mosquito-to-human transmission of malaria parasite, (ii) a sub-model for the human-to-mosquito transmission of malaria parasite, (iii) a within-mosquito malaria parasite population dynamics sub-model and (iv) a within-human malaria parasite population dynamics sub-model. For schistosomiasis, we integrated the two subsystems (within-host and between-host sub-models) by identifying the within-host and between-host variables and parameters associated with the environmental dynamics of the pathogen and then designed a feedback of the variables and parameters across the within-host and between-host sub-models. Using a combination of analytical and computational tools we adequately accounted for the influence of the sub-models in the different multiscale models. The multiscale models were then used to evaluate the effectiveness of the control and prevention interventions that operate at different scales of a vector-bone disease system. Although the results obtained in this study are specific to malaria and schistosomiasis, the multiscale modelling frameworks developed are robust enough to be applicable to other vector-borne diseases. / NRF

Les maladies vectorielles sont en processus d’émergence à travers le monde. Au Canada, la maladie de Lyme (ML) a été identifiée comme une maladie infectieuse émergente prioritaire. La surveillance, si elle est efficace, peut suivre le portrait d’une maladie en évolution afin d'informer les autorités de santé publique; toutefois, en raison de ressources limitées, elle doit être optimisée. La surveillance sentinelle permet de réduire les coûts, car un nombre limité d'unités statistiques sont mesurées de manière répétée dans le temps. Néanmoins, ces unités sentinelles doivent être représentatives du portrait épidémiologique de la maladie pour assurer l'efficacité du système de surveillance. Le premier objectif de cette thèse était d'évaluer la représentativité de la surveillance sentinelle pour décrire le risque de ML au Québec, Canada. Deux types de systèmes de surveillance active acarologique sont déjà en place au Québec : 1) un système sentinelle, où les sites de terrain sentinelles sont maintenus constants et visités à chaque saison de terrain, et 2) un système de surveillance basé sur le risque où les sites accessoires sont priorisés en fonction de leur profil de risque. Des mesures de danger acarologique, en termes d'estimations de la densité de nymphes, ont été dérivées des sites sentinelles entre 2015 et 2019 et comparées à celles obtenues dans les sites accessoires. Les mesures de danger acarologique dérivées des sites sentinelles ont également été corrélées avec le nombre de cas humains rapportés à l'échelle municipale pour déterminer si elles étaient représentatives du risque de ML pour la population humaine. Il a été démontré que le système de surveillance sentinelle était capable de suivre les tendances spatio-temporelles d’incidence de ML dans les populations humaines de la zone d'étude et fournissait un meilleur indicateur de l’incidence de ML par rapport au système de surveillance basé sur le risque. Cependant, bien que les modèles aient pu prédire le risque de maladie de Lyme, les sites sentinelles n'ayant pas été choisis selon une approche validée, on peut émettre l’hypothèse que l’utilisation d'une approche holistique standardisée pour la sélection de sites sentinelles pourrait optimiser le design spatial du système de surveillance. Le deuxième objectif de cette thèse était de développer une telle approche et de l'appliquer à une étude de cas : la surveillance acarologique sentinelle pour le risque de ML à travers le Canada. Une revue de la portée a été utilisée pour inventorier les initiatives précédentes de surveillance sentinelle pour les maladies vectorielles, et pour cataloguer les critères qui ont été utilisés pour sélectionner les emplacements des unités sentinelles dans la zone d'étude. Les articles pertinents ont ensuite été analysés à l'aide d'une revue du type réaliste afin de créer un outil décisionnel permettant de sélectionner des critères pertinents pour la planification du design spatial d'un système de surveillance sentinelle pour les maladies vectorielles. Enfin, l'outil a été utilisé lors de la création d'un nouveau réseau de surveillance sentinelle pour le risque de ML au Canada; les critères retenus ont été incorporés dans une analyse multi-critères spatiale afin de sélectionner les régions sentinelles pour le réseau de surveillance acarologique active. Dans l'ensemble, cette thèse a exploré la surveillance sentinelle pour les maladies vectorielles, et a développé et testé une approche pour optimiser et standardiser la planification du design spatial des systèmes de surveillance sentinelle pour les maladies vectorielles. Dans de futurs travaux, cette approche devrait être mise en œuvre, évaluée et validée pour d’autres maladies et contextes épidémiologiques. / Vector-borne diseases are emerging all over the globe. In Canada, Lyme disease (LD) has been identified as a priority emerging infectious disease. Public health surveillance, if effective, can track disease risk to inform public health authorities; however, due to finite resources, it must be optimized. Sentinel surveillance can cut costs, since a limited number of statistical units are measured repeatedly through time. Nonetheless, these sentinel units must be representative of the risk landscape to ensure an effective surveillance system. The first objective of this thesis was to evaluate the representativeness of sentinel tick surveillance for the risk of LD in Québec, Canada. Two types of tick-based active surveillance systems are already in place in Québec: 1) a sentinel system, where sentinel field sites are kept constant and visited every field season, and 2) a risk-based surveillance system where accessory sites are prioritized according to their risk profile. Acarological hazard measures, in the form of nymph density estimates, were derived from sentinel sites between 2015 and 2019 and compared with those obtained from accessory sites. Hazard measures derived from sentinel sites were also correlated with LD incidence at the municipal scale to see if they were representative of LD risk to human populations. It was shown that the sentinel tick-based surveillance system was able to follow spatiotemporal LD incidence trends in human populations across the study zone and provided a better indicator of LD incidence in comparison with the risk-based surveillance system. However, as sentinel sites were not chosen using a validated approach, it can be hypothesized that the spatial design for the system could be optimized through the development of a standardized, holistic approach for sentinel site selection. The second objective of this thesis was therefore to develop such an approach and apply it to a case example: sentinel surveillance of LD across Canada. A scoping review was used to inventory previous sentinel surveillance initiatives for vector-borne diseases, and catalogue criteria which had been used to select sentinel unit locations across the study zone. Relevant papers were subsequently analyzed using a realist-type review to create a decision tool to select relevant criteria for planning the spatial design of a sentinel surveillance system for vector-borne diseases. Finally, the tool was applied to guide the creation of a new sentinel tick-based surveillance network for LD risk in Canada; the retained criteria were incorporated into a spatial multi-criteria decision analysis to select sentinel regions for the active surveillance network. Overall, this thesis has explored sentinel surveillance for vector-borne disease and has developed and applied an approach to optimize and standardize spatial design planning for vector-borne sentinel surveillance systems. In future work, this approach should be implemented, evaluated, and validated for other types of diseases and epidemiological contexts.

Aedes aegypti est le vecteur principal de la dengue et du virus Zika. La surveillance et le contrôle vectoriels constituent des armes de première ligne pour lutter contre les arboviroses transmises par ce moustique. Dans ce cadre, cette thèse propose un modèle conceptuel (MODE) qui permet de reproduire in silico l'environnement dynamique d'Aedes aegypti aux échelles auxquelles sont organisées (échelle de la ville - MODE-macro) et menées (échelle du quartier -- MODE-micro) les campagnes de lutte anti-vectorielles. L'environnement ainsi généré peut (1) être intégré à un modèle à base d'agents qui permet alors de simuler le système pathogène complexe de la dengue ou du Zika (environnement - vecteur - hôte - virus) et (2) être utilisé pour cartographier l'aléa environnemental du risque vectoriel dans la ville. Le modèle conceptuel MODE repose sur une approche phénoménologique transposable dans le temps et dans l'espace : il peut être appliqué dans différents contextes urbains, à différentes périodes et à différentes échelles. Afin de garantir sa généricité spatio-temporelle, les modèles informatiques MODE-micro (échelle du quartier) et MODE-macro (échelle de la ville) ont été implémentés dans le but de générer des environnements dynamiques à partir de données libres ou aisément accessibles. Dans ce travail, les potentialités de MODE ont été évaluées à Delhi (Inde) et Bangkok (Thaïlande). Les connaissances issues de l'étude des relations dynamiques, multifactorielles et non-linéaires entre l’environnement et le vecteur devraient permettre d’améliorer les stratégies de surveillance et de contrôle. / Aedes aegypti is the main vector of dengue and Zika virus. Surveillance and vector control are frontline weapons in the battle against arboviruses transmitted by this mosquito. In this framework, the following thesis introduces a conceptual model (MODE) which can be used to recreate in silico the dynamical environment of Aedes aegypti at scales that match the ones at which vector control campaigns are organised (city scale - MODE-macro) and performed (neighbourhood scale - MODE-micro). The environment thus generated can be integrated with an agent-based model to simulate dengue or Zika complex pathogenic systems (environment - vector - host - virus) and can be used to map the environmental hazard of the vectorial risk in a city. The conceptual model MODE is based on a phenomenological approach that is transferable in time and space : it can be applied in different urban contexts, at different periods of time and at different scales. In order to ensure their spatio-temporal genericity, the computer models MODE-micro (neighbourhood scale) and MODE-macro (city scale) have been implemented for the purpose of generating dynamical environments using open or easily accessible data. In this thesis, MODE's potentials were assessed in Delhi (India), and Bangkok (Thailand).Knowledge resulting from the study of the dynamic, multifactorial and non-linear relationships between the environment and the vector should lead to the improvement of vector surveillance and control strategies.