Modeling Infectious Disease Dynamics with Fractional-Order Differential Equations: Applications to HIV, COVID-19, and Marine Parasites
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Faculté des Sciences - Dhar El Mahraz - Fès
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La modélisation mathématique est un outil essentiel pour les décideurs politiques dans la
conception d'interventions efficaces et aide les gestionnaires de la santé à développer des
programmes de santé publique ciblés. Au cours des dernières années, l'utilisation des équations
différentielles d'ordre fractionnaire dans les modèles biologiques, en particulier dans les modèles
épidémiologiques a considérablement augmenté. Cette thèse exploite le calcul fractionnaire pour
explorer les modèles épidémiologiques et éco-épidémiologiques.
Tout d'abord, nous développons un modèle du VIH qui capture la dynamique complexe de
l'épidémie, en intégrant les effets de la migration à l'aide des opérateurs Caputo et
Atangana-Baleanu (ABC). En utilisant des équations différentielles d'ordre fractionnaire, ce modèle
offre une représentation plus détaillée et précise des processus biologiques par rapport aux
modèles d'ordre entier classiques, en tenant compte des interactions à long terme, des périodes de
latence et des temps de récupération, qui sont essentiels pour modéliser la progression et le
contrôle de la maladie.
Ensuite, nous analysons la dynamique de transmission des parasites marins en utilisant les
dérivées de Caputo et ABC. Cette approche offre des perspectives plus approfondies que les
méthodes traditionnelles, en soulignant le rôle crucial des effets de mémoire dans la détermination
des dynamiques de transmission des parasites marins.
Enfin, nous présentons un nouveau modèle de transmission du COVID-19 utilisant la dérivée ABC.
Nos résultats soulignent l'importance de classer les individus infectés en deux groupes : détectés et
non détectés, et de mettre en oeuvre une stratégie de contrôle optimal, telle que des campagnes de
sensibilisation, pour gérer efficacement la propagation du COVID-19.
Cette recherche fournit une analyse approfondie des propriétés mathématiques des modèles, y compris
l'existence et l'unicité des solutions, ainsi que leur positivité et leur bornitude. De plus, la stabilité des
points d'équilibre et la sensibilité des paramètres utilisés dans ces modèles sont établies. L'étude
intègre également des analyses numériques utilisant diverses méthodes. En capturant les effets de
mémoire et les interactions non-locales qui caractérisent les systèmes épidémiologiques et
éco-épidémiologiques complexes, cette recherche améliore notre compréhension des dynamiques des
maladies infectieuses.
Description
Keywords
Calcul fractionnaire , effets de mémoire, modèles épidémiologiques, modèles éco-épidémiologiques , parasites marins, dynamique de la COVID-19 , méthodes numériques