Soutenance de thèse de ZOTSA NGOUFACK Arsene Brice


Titre de thèse

Modèles stochastique d'épidémie avec infectiosité variable et perte progressive d'immunité: Loi des grands nombres et théorème de la limite centrale.
Inégalités à poids dans les espaces de Lebesgue à exposant variable pour le projecteur de Bergman dans la boule unité.

Stochastic Epidemic model with varying infectivity and waning immunity: Law of large numbers and Central limit theorem.
Weighted norm inequality in the variable Lebesgue spaces for Bergman projector on the unit ball.

Date

20 September 2024 à 14h00

Adresse

Aix-Marseille Université, Institut de Mathématiques de Marseille (I2M)-UMR 7373, Site de Saint Charles, 3 place Victor Hugo, Case 19, 13331 Marseille cédex 3., Frumam

Ecole doctorale

Mathématiques et Informatique de Marseille

Specialité

Mathématiques

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots clés

Modèle d'épidémie,Infectiosité variable,Perte progressive d'immunité,Modèle probabiliste,Espaces de Lebesgue variable,Projecteur de Bergman,

Keywords

Epidemic model,variable infectivity,Waning immunity,Stochastic epidemic,variable Lebesgue spaces,Bergman Projector,

Jury

Jury de thèse
Qualité Nom Etablissement
Chargé de recherche M. FORIEN Raphael Aix Marseille Université
Professeur M. TRAN Viet Chi Université Gustave Eiffel
Professeur Mme SALORT Delphine UMR 7238 CNRS - Sorbonne Université
Professeur Mme GRELLIER Sandrine Institut Denis Poisson Université d'Orléans
Professeur M. BANSAYE Vincent Ecole Polytechnique
Professeur M. DELMAS Jean François ÉCOLE DES PONTS PARISTECH
Professeur M. AYISSI Raoul Université de Yaoundé 1
Professeur émérite M. PARDOUX Etienne Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

Cette thèse est divisée en deux parties. Dans la première nous étudions des modèles probabilistes d'épidémies avec perte progressive d'immunité. Plus précisément nous étudions un modèle stochastique d'épidémie individu-centré dans lequel un individu infecté redevient progressivement susceptible après guérison et peut à nouveau être infecté avec une probabilité égale à sa susceptibilité courante. Contrairement aux modèles existants qui supposent qu'après rétablissement l'individu redevient immédiatement susceptible, nous supposons que l'individu redevient progressivement susceptible et qu'elle est décrite par une fonction aléatoire. Pour se faire nous avons étudié deux modèles.
Pour le premier modèle nous avons établi le comportement limite en grande population, puis nous avons étudié le comportement en temps long. Il s'agit notamment des différents équilibres possibles et enfin nous avons étudié les fluctuations du modèle autour du modèle déterministe obtenu par la loi des grands nombres. La limite en grande population est décrite par un système déterministe d'équations intégrales de type Volterra modélisant la force moyenne d'infection et la susceptibilité moyenne de la population et généralisant le modèle edp de Kermack et McKendrick. De plus, nous avons démontré que le seuil d'endémicité dépend de la susceptibilité des individus et que lorsque le nombre de reproduction de base est au dessous de ce seuil nous avons un équilibre sans maladie asymptotiquement globalement stable et dans le cas contraire il est instable. Nous avons également pu montrer l'existence d'un équilibre endémique lorsque le nombre de reproduction de base est au dessus de ce seuil. Enfin le théorème de la limite centrale est décrite par un système stochastique d'équations intégrales de types volterra de bruit un vecteur gaussien.
Pour le second modèle, nous étendons le premier modèle en faisant dépendre à chaque réinfection les valeurs de l'infectivité et de la susceptibilité des individus de celles précédents leur réinfection. Pour cela nous utilisons une approche paramétrique en modélisant par un processus de Markov l'évolution des paramètres et l'âge d'infection des individus au fil du temps. Nous supposons qu'entre deux instants d'infections les traits des individus restent constants et que l'âge d'infection repasse à zéro à chaque nouvelle infection. De plus nous supposons aussi que le nouveau trait est tiré suivant une loi de probabilité décrite par un noyau de transition. Puis nous montrons que la mesure empirique du couple trait et âge converge en limite grande population vers une mesure de probabilité dont la formulation faible est décrite par une edp de transport non-linéaire. Par la suite nous démontrons que cet edp admette une solution stationnaire non nulle, donc l'existence d'un équilibre endémique. Nous obtenons un seuil d'endémicité très générales que nous calculons dans certains cas et enfin nous démontrons la stabilité locale de notre modèle dans le cas du modèle SIS et SIRS non-markoviens sans perte d'immunité avec la loi de la durée d'exposition et de rémission exponentielles.
Dans la seconde partie nous étudions les inégalités à poids dans des espaces de Lebesgue à exposant variable pour le projecteur de Bergman. Plus précisément, nous étendons la théorie des poids de Békollè-Bonami $B_p$ en remplaçant la constante $p$ par une fonction mesurable positive $p(cdot)$ et nous supposons qu'elle est log-Hölder continue et minorée par $1$. Puis nous montrons que le projecteur de Bergman dans la boule unité de $mathbb C^n$ est borné sur un espace de Lebesgue à poids à exposant variable $L^{p(cdot)}(w)$ si et seulement si $w$ appartient à la classe généralisée de poids de Békollè-Bonami $ B_{p(cdot)}$. Pour ce faire nous définissons une fonction maximale et nous montrons qu'elle est bornée sur $L^{p(cdot)}(w)$ si $win B_{p(cdot)}.$ Puis nous prouvons un théorème d'extrapolation à poids qui nous permet de conclure.


Thesis resume

This thesis is organized in two parts:
The first part deals with stochastic models of epidemics with progressive loss of immunity. More precisely, we study an individual-based stochastic epidemic model in which infected individuals become susceptible again after recovery and can be infected again with a probability equal to his current susceptibility. In contrast to existing models, which assume that after recovery the individuals immediately become susceptible again, we assume that the individuals gradually become susceptible again, and that this is described by a random function.
To do this, we studied two models. For the first model, we established the limit behavior in a large population, then we studied the behavior in long time. Finally, we studied the fluctuations of the model around the deterministic model obtained by the law of large numbers. The large-population limit is described by a deterministic system of Volterra-type integral equations modeling the average force of infection and the average susceptibility of the population, and generalizing the edp model of Kermack and Mckendrick. In addition, we have demonstrated that the endemicity threshold depends on the susceptibility of individuals, and that when the basic reproduction number is below this threshold we have an asymptotically globally stable disease-free equilibrium, which is otherwise unstable. We were also able to show the existence of an endemic equilibrium when the basic reproduction number is above this threshold. Finally, the central limit theorem is described by a stochastic system of integral equations of the volterra type with a Gaussian noise vector.
For the second model, we extend the first model by deriving the value of the new individual parameters (infectivity and suceptibility) from the previous ones. To do this, we use a parametric approach, using a markov process to model the evolution of parameters and the age of infection of individuals over time. We assume that between two time of infection , the traits of the individuals remain constant, and that the age of infection returns to zero with each new infection. We then show that the empirical measure of the pair trait and age converges in the large population limit to a probability measure whose weak formulation is described by a nonlinear transport edp. We then show that this edp admits a non-zero stationary solution and hence the existence of an endemic equilibrium. We obtain a very general endemicity threshold that we calculate in certain cases. Finally, we show the local stability of our model in the non-Markovian SIRS and SIS model, where the period of infection and recovery follows an exponential law.
In the second part, we extend the theory of B'ekoll`e-Bonami $B_p$ weights. Here we replace the constant $p$ by a non-negative measurable function $p(cdot),$ which is log-H"older continuous function with lower bound $1$. We show that the Bergman projector on the unit ball of $mathbb C^n$ is continuous on the weighted variable Lebesgue spaces $L^{p(cdot)}(w)$ if and only if $w$ belongs to the generalised B'ekoll`e-Bonami class $B_{p(cdot)}$. To achieve this, we define a maximal function and show that it is bounded on $L^{p(cdot)}(w)$ if $win B_{p(cdot)}$. We next state and prove a weighted extrapolation theorem that allows us to conclude.