A simulation based approach to individual vaccination behavior

par Julien Flaig

Thèse de doctorat en Sciences économiques

Sous la direction de Stéphane Robin.

Soutenue le 10-10-2018

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences économiques et gestion (Lyon) , en partenariat avec Groupe d'analyse et de théorie économique (Lyon) (équipe de recherche) , Université Lumière (Lyon) (établissement opérateur d'inscriptions) et de Groupe d'analyse et de théorie économique (laboratoire) .

Le président du jury était Izabela Jelovac.

Le jury était composé de Nicolas Houy, Francesco Salvarani.

Les rapporteurs étaient Lise Rochaix, Vittoria Colizza.

  • Titre traduit

    Une simulation de simulation des comportements de vaccination


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la modélisation des comportements individuels de vaccination. Lorsque la vaccination est libre, les individus peuvent décider ou non de se vacciner, et ces décisions influencent la propagation de la maladie. Nous proposons une approche de modélisation flexible qui permet de prendre en compte ces décisions individuelles dans les modèles de simulation épidémiologiques.Dans le Chapitre 1, nous étudions la décision de vaccination face à une maladie inspirée de la rougeole. Nous montrons comment inclure les décisions de vaccination dans un modèle épidémiologique en les calculant comme un point fixe fonctionnel. Nous obtenons des résultats pour un modèle avec taux de mort et de naissance, et perte d'immunité vaccinale. Nos résultats sur longue période de temps mettent en évidence des pics épidémiques récurrents. À titre de comparaison, nous produisons également des résultats pour des individus ayant un comportement adaptatif.Les objectifs du Chapitre~2 sont (i) de montrer que la boucle entre prévalence et comportements individuels ne peut pas être négligée dans les évaluations de politiques de santé publique, et (ii) de présenter un outil pour les inclure dans ces évaluations. Nous développons l'exemple de la vaccination obligatoire contre la rougeole. Notre modèle épidémiologique est le modèle SIR habituellement utilisé pour représenter la rougeole. Nos résultats suggèrent que l'anticipation de la vaccination obligatoire peut conduire à une augmentation transitoire de la prévalence avant l'éradication à long terme de la maladie. Ceci conduirait à d'importants transferts d'utilité entre générations. Ironiquement, dans notre scénario, des individus anti-vaccins sont parmi ceux qui bénéficient le plus de la vaccination obligatoire.Dans le Chapitre~3, nous partons du constat que la comparaison des coûts de vaccination avec le risque d'être infecté par la rougeole peine à expliquer la couverture vaccinale relativement élevée (bien que souvent insuffisante) dans les pays développés. Nous discutons l'hypothèse selon laquelle la vaccination est un comportement coopératif. Nous mettons en œuvre des concepts d'équilibre et de punition habituellement utilisés en théorie des jeux répétés en donnant des arguments pour leur utilisation dans le contexte de la vaccination. Nos résultats indiquent que la menace d'une punition peut expliquer la vaccination lorsqu'elle serait normalement sous-optimale.


  • Résumé

    We tackle the issue of including individual vaccination decisions in epidemiological models. We draw on the example of Measles vaccination, and we focus on strategic interactions and anticipatory behavior. We contribute to a fuller account of such behaviors by developing a modeling approach intended as a tool for practitioners and theorists.In Chapter 1, we show how the interplay between individual anticipatory vaccination decisions and the otherwise biological dynamics of a disease may lead to the emergence of recurrent patterns. We consider a Measles-like outbreak, rational and far-sighted individuals, vital dynamics, and waning vaccine efficacy. This chapter illustrates the versatility of our approach. For comparison, we provide results for individuals with adaptive behavior.In Chapter 2, we investigate the effect of anticipatory behavior in a scenario where Measles vaccination becomes mandatory. When mandatory vaccination is announced in advance, we show that individuals may alter their vaccination behavior, thus causing an increase in prevalence before Measles is ultimately eradicated. These transition effects lead to non negligible welfare differences between generations. We consider an anti-vaccinationist subpopulation with a higher vaccination cost, and exhibit scenarios where anti-vaccinationists are among those who benefit the most from mandatory vaccination.In Chapter 3, we discuss whether coalitions of vaccinating individuals can account for the relatively high vaccination coverages observed in developed countries. We explain why and how retaliation concepts usually found in repeated games can be used in the context of vaccination, even though individuals vaccinate only once. This allows us to model how vaccinating individuals might retaliate against those who refuse vaccination. We show that retaliation threats can sustain vaccination where it would otherwise be suboptimal for individuals.


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