Santé, Population et Analyse Mathématique (SPAM®)

Un simulateur socio-technique multi-agent
pour choisir des stratégies en cas d’épidémie ou de catastrophe

mise à jour : avril 2018

Open Rome consacre une partie de son activité à la recherche appliquée et au développement d'outils innovants. Un des programmes de R&D porte sur la création d'un simulateur socio-technique multi-agent permettant de tester les effets d'une stratégie de prévention ou de gestion d'une épidémie ou de catastrophe.

Pour anticiper ou gérer les crises sanitaires ou environnementales, les autorités et les fournisseurs de solutions utilisent actuellement presque exclusivement des modèles mathématiques compartimentés, simples à concevoir et à mettre en œuvre. Basés sur des équations différentielles, ces modèles restent purement quantitatifs : ils ne prennent en compte ni la diversité des personnes composant la population, ni les aspects géographiques, ni la multiplicité des facteurs sociologiques intervenant dans la « vraie vie ». Une méthode plus coûteuse a été expérimentée en combinant une population virtuelle simplifiée, une matrice de contacts entre les individus virtuels et un modèle compartimenté. Baptisés « modèles petit monde », ces systèmes ont été utilisés avec un succès mitigé lors de plusieurs situations de crise sanitaire (grippe aviaire, « maladie de la vache folle », SRAS, pandémie de grippe). Ils sont limités par un trop grand nombre d'hypothèses non validées, par l'approximation du paramétrage et par l'absence de prise en compte des différences de mode de vie entre individus.

Pour tenir compte de la complexité des situations de crise en population, Open Rome a choisi de créer un modèle d'un type radicalement nouveau en santé-environnement, utilisant les méthodes mathématiques déjà appliquées en avionique et R&D informatique, les systèmes multi-agents.

Un travail de recherche-développement de longue haleine
Le point de départ a été un mémoire de DEA de mathématiques appliquées aux sciences sanitaires et sociales (MASS, Université Lyon1) soutenu en 2000 par le PDG d'Open Rome. Cette première étape a abouti à la soutenance d'une thèse de mathématiques par une doctorante de l'Ecole Doctorale Interdisciplinaire Sciences Santé (EDISS) de l'Université Lyon 1, rémunérée et co-dirigée par Open Rome. La conception et la programmation d'un prototype de recherche a été assurée par l'équipe informatique d'Open Rome, renforcée par cette doctorante devenue « post doc » et plusieurs chercheurs universitaires de haut niveau (Université Lyon 1, Ecole Pratique des Hautes Etudes, Paris, Faculté de sciences, Reims) et leurs doctorants.

Le simulateur SPAM® est le premier simulateur socio-technique d'épidémie humaine utilisant un système multi-agents, capable de créer une population virtuelle de 350 millions d'agents et d'y simuler l'impact d'une épidémie ou d'une catastrophe.
Depuis 2016, Open Rome met au point un prototype industriel centré sur la gestion des pandémies de grippe et composé des éléments suivants :

  • des populations virtuelles prenant en compte des caractéristiques démographiques (âge, sexe, lieux de vie et de travail), sociologiques (profession, modes de transport, type de famille, habitudes), médicales (état de santé, couverture sociale, parcours de soin, efficacité des vaccins et des traitements), sanitaires (organisation et coût des soins, ressources sanitaires) et comportementales (hésitation vaccinale, adhésion aux soins, etc.) ;
  • des épidémies virtuelles d'infections à transmission interhumaine, en commençant par la grippe, avec possibilité d'adaptation rapide aux autres infections respiratoires et digestives (bronchiolites, gastro-entérites, tuberculose, VIH, SRAS, MERS-CoV, etc.) ;
  • des stratégies virtuelles de prévention et de gestion combinant à des degrés variables vaccins, antiviraux, antibiotiques, masques de protection, hygiène des mains, fermeture de classes ou d'écoles, campagnes de communication, création de lits de réanimation, achats de matériels spécialisés (par ex. oxygénateur par membrane extracorporelle, ECMO ), etc. ;
  • des scenarios virtuels librement définis par l'utilisateur en fonction des situations qu'il explore ou des « données de la science » colligées par Open Rome ;
  • une interface de paramétrage permettant à l'utilisateur d'utiliser et de modifier le jeu de paramètres établis par Open Rome à partir des épidémies du passé et des données de la science ;
  • une interface de sortie des résultats utilisant les outils interactifs développés pour l'analyse de « big data », permettant de visualiser la morbi-mortalité, les coûts et l'impact sociétal.
L'utilisation des techniques de programmation en calcul parallèle permet un portage de SPAM® sur supercalculateur, seul capable d'effectuer rapidement une simulation complexe sur une population de 350 millions d'agents virtuels (soit un échantillonnage 1/1 de la population européenne).

Open Rome est entièrement propriétaire de tous les éléments du simulateur SPAM®. Le financement de ce projet est assuré par Open Rome sur ses fonds propres, complétés par le crédit-impôt-recherche et par des subventions accordées par Paris Région Entreprise (PRE), organisme régional de soutien à l'innovation qui fournit également à Open Rome un appui stratégique (par exemple, conseils à l'implantation sur le marché nord-américain).

Le simulateur SPAM® est actuellement testé en vie réelle, via le projet Youth Experience To Immunize (YETI) mené auprès de Public Health England (PHE) et du Ministère de la Santé Anglais, dans le cadre d'une simulation de la vaccination antigrippale des enfants.
Une expérience de vaccination antigrippale des enfants est actuellement menée dans plusieurs comtés anglais. Les effets de cette expérience « dans la vraie vie » sur la morbi-mortalité de la grippe font l'objet d'une évaluation précise basée sur un recueil de données de grande qualité.
Grâce à l'appui de PHE, de l'Université du Surrey et du Royal College of General Practitioners, SPAM® a pu créer une population anglaise virtuelle et simuler la campagne vaccinale antigrippale infantile en cours. En comparant ainsi la morbi-mortalité mesurée par les autorités anglaises (vraie vie) et celle calculée (population virtuelle YETI), il devient possible de vérifier la validité de la méthode de simulation de la population virtuelle de SPAM®, de la structure du système multi-agent et de son paramétrage ; cette comparaison avec la « vraie vie » offre une opportunité exceptionnelle de validation d'un simulateur d'épidémie en amont de son utilisation.
Débutée en 2016, la collaboration avec PHE a déjà permis d'améliorer la conception de la transmission virtuelle de la grippe ; suite au portage du simulateur sur un supercalculateur, les prochains résultats (dynamique de l'épidémie, impact de la vaccination, comparaison de la morbi-mortalité et l'impact médico-économique) devraient être disponibles début 2019.

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