Thèse Année : 2024

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 of $\mathbb{C}^n$.

Modèle Probabiliste d'épidémies avec infectivité variable et perte progressive d'immunité: Loi des grands nombres et Théorème central limite. Inégalités à poids dans les espaces de Lebesgue à exposant variable pour le projecteur de Bergman sur la boule unité de $\mathbb{C}^n$.

Résumé

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 each infected individual 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 have studied two models. For the first model, we establish the limit behavior in a large population, then we study the long time behavior. Finally, we study 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 proved 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) after each new infection from the previous ones. To do this, we use a parametric approach, using a Markov process to model the evolution of the parameter and the age of infection of individuals over time. We assume that between two times 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 which solves a nonlinear transport pde. We then show that this pde admits a non-zero stationary solution and hence deduce the existence of an endemic equilibrium. Finally 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 $w\in B_{p(\cdot)}$. We next state and prove a weighted extrapolation theorem that allows us to conclude.
Cette thèse est organisée en deux parties: La première partie traite des modèles stochastiques d'épidémies avec perte progressive d'immunité. Plus précisément nous étudions un modèle stochastique individu-centré d'épidémie dans lequel un individu infecté redevient 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 que l'évolution de sa susceptibilité est décrite par une fonction aléatoire. Pour ce 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 la limite du théorème de la limite centrale est décrit par un système d'équations intégrales de types Volterra avec en entrée 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'infection 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 dans la limite d'une grande population vers une mesure de probabilité solution d'une edp de transport non-linéaire. Par la suite nous démontrons que cette edp admet une solution stationnaire non nulle, donc l'existence d'un équilibre endémique. Nous obtenons un seuil d'endémicité très général que nous calculons dans certains et enfin nous donnons une conjecture donnant la stabilité locale de notre modèle. Dans la seconde partie, 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 $w\in B_{p(\cdot)}.$ Puis nous prouvons un théorème d'extrapolation à poids qui nous permet de conclure.
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Citer

Arsene Brice Zotsa Ngoufack. 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 of $\mathbb{C}^n$.. Mathematics [math]. Aix-Marseille Université, 2024. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04941307⟩
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