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With vector-borne diseases rising globally and mosquitoes expanding their habitats due to climate change, mosquito control is undoubtedly one of the main challenges for human health in the years to come. This thesis is devoted to the modeling, analysis and simulation of mosquito and mosquito-borne diseases optimal control strategies using modified vector releases. We first investigate optimal population replacement strategies. These consist in replacing optimally the wild population by a population carrying the endosymbiotic bacterium Wolbachia, since it has been shown that mosquitoes carrying this bacterium are less likely to transmit some arboviruses. By considering a high fecundity limit we reduce the study of the mosquito population to a single equation on the proportion of Wolbachia-infected mosquitoes. First, we study strategies optimizing a convex combination of both the cost of the releases and the performance of the technique. We fully analyse this problem, proving a time monotonicity property on the proportion of Wolbachia-infected mosquitoes and using a reformulation of the problem based on a suitable change of variable. Next, we consider the spatial optimization of the releases, optimizing a single instantaneous release at the initial time maximising the final proportion of Wolbachia-infected mosquitoes throughout the domain at a given time horizon. We fully characterize the solutions under some hypothesis in the non-diffusive case. Moreover, simulations are carried for the case with diffusion. Finally, we extend the focus of the study to humans. We consider an epidemiological model in which both populations are taken into account as well as the dynamics of a vector-borne disease with exclusively human-mosquito and mosquito-human transmission like dengue. In this setting, we minimise the amount of human infections during an outbreak using instantaneous releases of modified vectors, represented by linear combinations of Dirac measures with positive coefficients determining their intensity. Optimal strategies for both population replacement and the sterile insect technique are studied numerically using ad hoc algorithms, based on writing first-order optimality conditions characterizing the best combination of Dirac measures.; Avec la hausse globale des maladies à vecteurs et l’expansion des habitats des moustiques dues au changement climatique, le contrôle des populations de moustiques est sans doute un des principaux défis pour la santé humaine dans les années à venir. Cette thèse est consacrée à la modélisation, l’analyse et la simulation de stratégies optimales de contrôle des moustiques et des maladies qu’ils transmettent en utilisant des lâchers de spécimens modifiés. Nous étudions d’abord les stratégies optimales de remplacement de population. Celles-ci consistent à remplacer de manière optimale la population sauvage par une population porteuse de la bactérie endosymbiotique Wolbachia, car il a été démontré que les moustiques porteurs de cette bactérie sont moins susceptibles de transmettre certains arbovirus. En considérant une limite de fécondité élevée, nous réduisons l’étude de la population de moustiques à une seule équation sur la proportion de moustiques infectés par Wolbachia. Nous étudions d’abord des stratégies optimisant une combinaison convexe du coût des lâchers et de la performance de la technique. Nous effectuons une analyse complète de ce problème, en prouvant une propriété de monotonie temporelle sur la proportion de moustiques infectés par Wolbachia et en utilisant une reformulation du problème basée sur un changement de variable approprié. Dans un deuxième temps, nous considérons l’optimisation spatiale des lâchers, en optimisant un seul lâcher instantané à l’instant initial maximisant la proportion finale de moustiques infectés par Wolbachia dans le domaine à un horizon temporel donné. Nous caractérisons complètement les solutions sous certaines hypothèses dans le cas non-diffusif. De plus, des simulations sont effectuées pour le cas avec diffusion. Enfin, nous étendons l’objet de l’étude aux humains. Nous considérons un modèle épidémiologique dans lequel les deux populations sont prises en compte ainsi que la dynamique d’une maladie vectorielle avec une transmission exclusivement homme-moustique et moustique-homme comme la dengue. Dans ce cadre, nous minimisons la quantité d’infections humaines pendant une épidémie en utilisant des lâchers instantanés de spécimens modifiés, représentés par des combinaisons linéaires de mesures de Dirac avec des coefficients positifs déterminant leurs intensités. Les stratégies optimales pour le remplacement de population et la technique de l’insecte stérile sont étudiées numériquement à l’aide d’algorithmes ad hoc, basés sur l’écriture de conditions d’optimalité au premier ordre caractérisant la meilleure combinaison de mesures de Dirac.

Recent events with the first Cases of local transmission of chikungunya and dengue fever virus in southern France by Aedes albopictus. adding to the nuisance and potential vectors that can be encountered when traveling in tropical or sub-tropical countries, has shown the value of a reflection on the Personal protection against vectors (PPAV). It is seen during an outbreak of vector-borne disease, or simply because of nuisance arthropods, that our fellow citizens try to protect themselves individually by using an arsenal of resources available on the market. Yet most of these means have been neither checked for effectiveness or safety tests, however, essential. Travellers, staff on mission or assignment, are looking for specific information on how to protect themselves or their families. Health workers had at their disposal so far indications that vary widely from one source to another. Therefore it seemed important to the Society of Travel Medicine (SMV) and the French Society of Parasitology (SFP) to initiate a reflection on this theme. This reflection took the form of recommendations for good practice, following the outline established by the French High Health Authority (HAS), The aim was to gather all relevant information, verified and validated and the format to be used not only by health personnel (doctors, pharmacists, nurses), but also by travel agents and individuals. This document highlights the need to take into account the risk of vector-borne diseases, some deadly, and the benefit of various methods of personal protection. The choice of methods is clearly oriented towards those whose effectiveness has been proven and potential risks assessed. The paper finally proposes two decision trees based on the transmission type (day or night) and kind of stay (short or roaming, long and steady). It concerns travellers, but also expatriates, residents and nomads L’actualité récente avec les premiers cas de transmission autochtone par Aedes albopictus des virus chikungunya et de la dengue dans le sud de la France continentale, s’ajoutant aux nuisances et vecteurs potentiels que l’on peut rencontrer lors de voyages ou de missions plus ou moins longues dans les régions à climat chaud, a montré l’intérêt d’une réflexion approfondie sur la Protection personnelle anti-vectorielle (PPAV). Il est observé lors d’épidémie de maladie à transmission vectorielle ou en raison simplement des nuisances liées aux arthropodes, que nos concitoyens cherchent à se protéger individuellement en ayant recours à tout un arsenal de moyens disponibles sur le marché. Or la plupart de ces moyens n’ont fait l’objet ni de contrôles d’efficacité ni de contrôles d’innocuité, pourtant indispensables. Les voyageurs, les personnels envoyés en mission ou en affectation, sont à la recherche d’informations précises sur les moyens de protection pour eux-mêmes ou leurs familles. Les personnels de santé n’avaient à leur disposition jusqu’à présent que des indications très variables d’une source à une autre. C’est pourquoi il a semblé important à la Société de Médecine des Voyages (SMV) et la Société française de Parasitologie (SfP) d’initier une réflexion sur ce thème. Cette réflexion a pris la forme de Recommandations de bonne pratique, en suivant le schéma élaboré par la Haute Autorité de Santé (HAS). L’objectif était de rassembler toutes les informations pertinentes, vérifiées et validées, et les meure en forme pour être utilisées non seulement par les personnels de santé (médecins, pharmaciens, infirmiers), mais aussi par les agents touristiques et les particuliers. Ce document met en exergue la nécessité de prendre en compte le risque lié aux maladies à transmission vectorielle, dont certaines sont mortelles, et le bénéfice de différentes méthodes de protection personnelle. Le choix des méthodes est clairement orienté vers celles dont l’efficacité a été prouvée et les risques éventuels évalués. Le document propose finalement deux arbres décisionnels en fonction du type de transmission (diurne ou nocturne) et du type de séjour (court ou itinérant, long et fixe). Il concerne les voyageurs, mais aussi les expatriés, les résidants et les nomades

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., Les maladies émergentes à transmission vectorielle sont une préoccupation croissante et particulièrement lorsqu’elles affectent les chevaux, une population spécirfiquement 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., 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.

International audience; Recent events with the first cases of local transmission of chikungunya and dengue fever virus in southern France by Aedes albopictus, adding to the nuisance and potential vectors that can be encountered when traveling in tropical or sub-tropical countries, has shown the value of a reflection on the Personal protection against vectors (PPAV). It is seen during an outbreak of vector-borne disease, or simply because of nuisance arthropods, that our fellow citizens try to protect themselves individually by using an arsenal of resources available on the market. Yet most of these means have been neither checked for effectiveness or safety tests, however, essential. Travellers, staff on mission or assignment, are looking for specific information on how to protect themselves or their families. Health workers had at their disposal so far indications that vary widely from one source to another. Therefore it seemed important to the Society of Travel Medicine (SMV) and the French Society of Parasitology (SFP) to initiate a reflection on this theme. This reflection took the form of recommendations for good practice, following the outline established by the French High Health Authority (HAS). The aim was to gather all relevant information, verified and validated and the format to be used not only by health personnel (doctors, pharmacists, nurses), but also by travel agents and individuals. This document highlights the need to take into account the risk of vector-borne diseases, some deadly, and the benefit of various methods of personal protection. The choice of methods is clearly oriented towards those whose effectiveness has been proven and potential risks assessed. The paper finally proposes two decision trees based on the transmission type (day or night) and kind of stay (short or roaming, long and steady). It concerns travellers, but also expatriates, residents and nomads.