Utilisation de données d'observation de la terre par satellite pour l'évaluation des densités vectorielles et de la transmission du paludisme

par Vanessa Machault

Thèse de doctorat en Pathologie humaine

Sous la direction de Christophe Rogier et de Jean-Pierre Lacaux.

Soutenue le 23-12-2010

à Aix-Marseille 2 , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Unité de recherche sur les maladies infectieuses et tropicales émergentes (Marseille) (laboratoire) et de Laboratoire d' Aérologie (Toulouse) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean Delmont.

Le jury était composé de Christophe Rogier, Jean-Pierre Lacaux, Jean Delmont, Didier Fontenille, Jean-Paul Rudant, Antonio Guell, Frédéric Pagès.

Les rapporteurs étaient Didier Fontenille, Jean-Paul Rudant.

mots clés

• Paludisme
• Anophèles
• Télédétection
• Carte de risque
• Paludisme -- Transmission
• Anophèles -- Vecteurs de maladies -- Lutte contre
• Paludisme -- Images de télédétection
• Paludisme -- Cartes de télédétection
• Transmission de maladies infectieuses

Résumé

Malgré les efforts nationaux et internationaux, le paludisme reste un problème de santépublique majeur dans de nombreux pays et les systèmes de santé ont des difficultés pourévaluer son poids réel, le risque de transmission des plasmodiums et leur répartitiongéographique. Pourtant, l’hétérogénéité spatiale du paludisme peut être importante et dans cecontexte de concentration du risque, la lutte contre la maladie peut gagner à être focaliséedans certains lieux et certaines périodes. D’une part, l’environnement est un déterminantmajeur de la biodiversité du paludisme à cause du caractère vectoriel de la transmission et despréférences bioécologiques des vecteurs. D’autre part, les satellites en orbite peuvent fournirdes données environnementales, climatiques et météorologiques qui ont déjà été utilisées pourl’étude de maladies infectieuses. La « télé-épidémiologie » a été définie comme une approcheintégrée visant à associer des données médicales, épidémiologiques ou entomologiques deterrain à des données environnementales obtenues par satellites, en s’appuyant sur lacompréhension et la mesure des mécanismes physiques et biologiques qui sont en jeu. Dansles villes, il a déjà été possible de mettre en évidence, en utilisant des données satellites à deséchelles appropriés, des associations entre des éléments urbains cartographiés et desindicateurs paludométriques. Chez des voyageurs, dans l’objectif d’une évaluation du risquede contracter le paludisme ou de l’efficacité de mesures prophylactiques, il serait utile depouvoir évaluer et prédire les niveaux d’exposition à la transmission dans les différenteslocalités parcourues. L’objectif général des travaux de la présente thèse était d’identifier desfacteurs environnementaux mesurables par satellite et utilisables pour l’évaluation du risquede paludisme chez les voyageurs d’une part et en milieu urbain d’autre part.Tout d’abord, des données de télédétection ont été utilisées pour évaluer les niveauxd’expositions au risque de paludisme d’une population de militaires, dans le cadre d’un travailsur l’estimation de leurs facteurs de risque d’accès palustre. Les résultats ont montré que,même en prenant en compte les facteurs de confusion de l’âge et de l’observance de lachimioprophylaxie, l’environnement était le principal facteur associé au risque de survenued’accès palustres.En parallèle, une large collecte de données entomologiques a été effectuée pendant cinq ansdans la ville de Dakar et a permis de mettre en évidence une très forte hétérogénéité spatiale ettemporelle de la transmission du paludisme dans la ville. Les informations collectées ont étécentralisées dans une base de données géoréférencée (SIG - Système d’InformationGéographique) contenant toutes les variables entomologiques, environnementales,météorologiques, biologiques et physiques relevées sur le terrain ou par satellites.Puis un travail de modélisation du risque entomologique dans la capitale du Sénégal, basé surles données collectées sur le terrain et sur des données environnementales issues d’imagessatellites a été mené. Une première étape a permis de mettre en évidence les évolutions deszones à risque de transmission et d’affirmer que le pourcentage de la population dakaroise àfort risque de transmission avait diminué entre 1996 et 2007. Une deuxième étape a conduit àl’élaboration de 1) une carte des gîtes larvaires accompagné d’un indice de productivité dansla ville de Dakar, 2) une carte des densités d’agressivité des anophèles adultes, puis 3) cescartes étaient rendues dynamiques, c'est-à-dire que les variations temporelles liées auxvariations de leurs déterminants météorologiques étaient prises en compte.Les résultats des travaux de thèse ont montré que des données de télédétection associées à unegrande quantité de données de terrain peuvent permettre l’ajustement de modèles prédictifs etla construction de cartes de risque entomologique, en milieu urbain ou pour des populationsmobiles.

mots clés

• Malaria control
• Vector control
• Remote sensing
• Satellites
• Epidemiology

Titre traduit

Use of satellite earth observation data for the evaluation and prediction of vectorial densities and malaria transmission risk

Résumé

Despite national an international efforts, malaria remains a major public health in manycountries and sanitary systems are hindered by the lack of information on the actual burden ofmalaria, on the plasmodium transmission risk and on their geographical distribution.Nevertheless, spatial heterogeneity can be important and in this context, malaria control couldbe improved if could be focused in place and time. On one hand, the environment is a majordeterminant of malaria biodiversity, because of the vectorial transmission and the vectorsbioecological preferences. On another hand, orbiting satellites can provide environmental,climatic and meteorological data that already have been used for the study of infectiousdiseases. “Tele-epidemiology” has been defined as an integrated approach aiming atassociating medical, epidemiological or entomological ground data, with remotely-sensedenvironmental data, based on the in depth comprehension and measurement of the involvedphysical and biological mechanisms. In cities, it has already been possible to highlightassociations between mapped urban settings and malariometric indices, using satellite data atappropriate scales. Among travellers, in the objective to evaluate malaria risk or efficacy ofprophylactic devices, it would be useful to evaluate and predict transmission levels in thevisited places. The objective of the present thesis was to identify environmental factors thatcould be remotely-sensed and that could be used in the evaluation of malaria risk amongtravellers on one hand and in urban settings on the other hand.First, remotely-sensed data have been used to evaluate levels of exposure to malaria risk ofmilitaries, in the scope of a study on their risk factors for clinical malaria. Results haveshowed that, even when taking into account age and compliance to chemoprophylaxis asconfusion factors, the environment was the factor the most strongly associated to clinicalmalaria risk.In parallel, an extensive entomological study has been conducted during five years in Dakarand allowed demonstrating a strong spatial and temporal heterogeneity of malariatransmission in the city. Collected information were centralized in a georeferenced database(GIS - Geographic Information System) containing all entomological, environmental,meteorological, biological and physical data collected on the field or by remote sensing.Finally, modelling of entomological risk in the capital city of Senegal was undertaken, basedon data collected on the ground and environmental data issued from satellites. A first stepshowed the evolution of malaria transmission risk areas and allowed declaring that thefraction of human population that was at high risk for transmission decreased between 1996and 2007. A second step led to the development of 1) a map of the breeding sites with aproductivity indicator in Dakar city, 2) a map of aggressive adult Anopheles densities, and 3)a dynamic aspect was added to those maps, taking into account the variations of theirmeteorological determinants.The results of the work undertaken in this thesis demonstrated that remotely-sensedinformation, associated with a large amount of ground data, allow to adjust predictive models and to draw entomological risk maps, in urban settings or for moving populations