Contexte

Les épidémies de méningite, apparues en Afrique de l'Ouest à la fin du 19^ème siècle, constituent un problème de santé publique majeur en Afrique subsaharienne, connue pour être la « ceinture des méningites », une zone qui s'étend du Sénégal à l'Ethiopie.

Ces pathologies sont dues à la conjonction de divers facteurs, d'ordre sociétal, comme la dynamique des populations ou leur susceptibilité à des sérotypes virulents, mais aussi d'ordre climatique, comme les conditions de température et d'humidité, ou environnemental, comme la répartition spatiale du type de couvert végétal ou la présence d'aérosols désertiques.

Le déclenchement et la propagation des épidémies apparaissent donc comme des processus complexes faisant intervenir un grand nombre de facteurs, parmi lesquels les conditions climatiques et environnementales semblent jouer un rôle important. La question de l'évolution de ces épidémies dans un contexte de forte variabilité, en ce qui concerne le climat actuel, et de changement climatique attendu dans le futur, se pose donc. Pour y répondre, il est nécessaire d'élucider de façon fine les liens entre les conditions climatiques et les teneurs en poussières et le développement spatial et temporel de ces épidémies.

Objectifs

Ce projet, qui met en œuvre un partenariat pluridisciplinaire et international, vise à améliorer la compréhension de la dynamique spatiale et temporelle des épidémies de méningites, en lien avec le climat et les aérosols désertiques.

Il s'agit de répondre aux deux questions suivantes :
- Existe-t'il un lien entre la dynamique et l'intensité des épidémies de méningites, les conditions climatiques et les aérosols désertiques ?
- Peut-on prévoir le risque associé à ces conditions environnementales pour aider à la mise en place de systèmes d'alerte ?

Méthodologie

Volet 1 : Recueil de paramètres-clés épidémiologiques et climatiques (incluant les aérosols) au Burkina Faso, Niger et Mali

Les données épidémiologiques

Des bases de données mises à disposition par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) éventuellement complétées par des informations recueillies sur place (cas de méningites confirmés biologiquement, prise en compte de la circulation des différents types de bactéries et de la mise en place de campagnes de vaccination) seront collectées à l'échelle des pays et des districts. Ces données seront évaluées conjointement avec des épidémiologistes et des médecins pour travailler sur des données homogènes et qualifiées et donc exploitables pour une analyse statistique à fine échelle (Volet 3).

Les données géophysiques in-situ

1) Un ensemble de trois stations de mesure situées sur le transect sahélien (Banizoumbou, Niger ; Cinzana, Mali et M'Bour, Sénégal) dédié au suivi des aérosols désertiques en Afrique de l'ouest et mis en place par le LISA dans le cadre du programme AMMA, permet de mesurer en continu la concentration en PM10 (particules de taille inférieure à 10µm) et les paramètres météorologiques de base, avec un pas de temps de 5 minutes.

Localisation des 3 stations du Sahelian Dust Transect

2) Photons/Aeronet est un réseau de photomètres solaires qui permet d'accéder à l'épaisseur optique en aérosols, c'est-à-dire au contenu en aérosol au sol intégré sur la colonne atmosphérique. Cette indication permet de discriminer les différents types d'aérosols et plus particulièrement les aérosols désertiques de taille supermicronique des aérosols submicroniques produits par la pollution ou les feux de savane. Ces données constituent donc un apport indéniable pour documenter la variabilité interannuelle et intrasaisonnière des contenus en poussière à l'échelle locale.

Les données satellites

Les instruments satellitaires TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) et OMI (Ozone Monitoring Instrument) permettent de détecter la présence des aérosols désertiques et des aérosols issus de la combustion de la biomasse. Ces indicateurs d'aérosols ne pourront cependant être utilisées dans l'étude des liens entre aérosols et méningites, qu'après une phase d'évaluation validant leur capacité à constituer un indicateur pertinent des concentrations de surface en aérosols en saison sèche (Volet 2).

Les données météorologiques

A l'échelle locale, les 3 stations de mesure du transect sahélien et des stations météorologiques proches des stations Photons/Aeronet fourniront des données sur la vitesse et la direction du vent, la température et l'humidité de l'air, la visibilité horizontale, ainsi que les profils verticaux de température et d'humidité. Les mesures y sont réalisées avec un pas de temps allant de 5 minutes à 6 heures.

A l'échelle régionale et pluriannuelle, les données du Centre Européen de Prévision à Moyen Terme (CEPMT ou ECMWF) et du « National Center for Environmental Prediction » (NCEP) seront utilisées. Il s'agit de champs tridimensionnels produits par des modèles météorologiques globaux forcés par des données météorologiques ou satellites. Ils permettent de documenter les paramètres d'intérêt pour l'analyse statistique à l'échelle régionale (température et humidité de l'air, vitesse et direction de vent) en tout point où des observations sont disponibles, mais également de disposer d'une description relativement exhaustive des situations météorologiques rencontrées.

Les sorties de modèles

Le modèle CHIMERE-Dust sera utilisé. Ils 'agit d'un outil de modélisation spécifique du cycle des aérosols désertiques, adapté du modèle de chimie-transport CHIMERE.

Volet 2 : évaluation de la capacité des produits satellite aérosols à constituer un indicateur pertinent des niveaux d'exposition aux aérosols désertiques en surface en fonction des conditions météorologiques

Le second volet du projet est une étape très importante qui permettra de valider le fait d'exploiter, dans l'analyse du lien « aérosols-climat-méningites », des données de contenu intégré en aérosols (épaisseur optique en aérosol mesurée depuis le sol par les photomètres solaires (Photons/Aeronet) ou indices de présence d'aérosols absorbants  issus d'observations par satellite) comme indicateur des concentrations de surface, les plus proches des niveaux d'exposition des personnes.

Une première phase d'analyse des situations météorologiques en saison sèche, consistera à identifier par un traitement statistique les types de temps dominants dans la région. Pour chaque type de temps seront ensuite analysées les relations entre concentrations de surface et épaisseur optique en aérosols ou indices satellites d'aérosols.
Une seconde phase permettra de tester l'utilisation de concentrations simulées par un modèle déterministe, au travers d'une comparaison avec les concentrations mesurées. De cette façon les simulations pourront être utilisées en complément des données satellites pour l'étude statistique à l'échelle régionale et pluriannuelle des relations entre aérosols désertiques et épidémies de méningites.

Volet 3 : analyse statistique des relations entre concentration et épaisseur optique en aérosols en fonction des conditions météorologiques locales

Une analyse statistique complète des paramètres « aérosols-climat-méningites » permettra d'identifier les variables-clés jouant un rôle dans le déclenchement et la dynamique des épidémies aux échelles locales et régionales.
Pour cette analyse, on considérera deux niveaux d'échelles spatiales : une échelle locale pour laquelle on dispose de données épidémiologiques détaillées à l'échelle du district, de mesures météorologiques locales, de concentrations d'aérosols en surface (mesurées ou modélisées) et de mesures sol d'AOT ; une échelle régionale dont les données sont moins précises mais disponibles à plus long terme, ce qui permettra améliorer la représentativité de l'analyse statistique. Les données qui seront utilisées sont décrites dans le Volet 1.
Une analyse statistique des données d'échelle locale permettra de comprendre comment les conditions climatiques et la présence d'aérosols désertiques peuvent influencer les périodes de déclenchement et de fin d'épidémies et de déterminer leurs dynamiques temporelle et spatiale. On cherchera par la suite à identifier des variables-clés intervenant dans les processus, dont on testera la pertinence à l'échelle régionale et pluriannuelle.

Volet 4 : tester la capacité des modèles déterministes météorologiques et d'aérosols désertiques à prédire les facteurs de risques environnementaux

On comparera les données de concentrations de surface et de contenus intégrés en aérosols mesurées à celles simulées par le modèle Chimère-Dust. Ce modèle est utilisé au LMD depuis 2005 en prévision quotidienne pour les aérosols minéraux. Il fournit des prévisions à trois jours des champs de concentration et d'AOT de poussières et les champs météorologiques associés sur un domaine couvrant l'Europe, l'Afrique et l'Atlantique Nord. Ce dispositif peut donc être utilisé pour calculer les variables-clés identifiées dans le Volet 3.
L'avantage d'un système de modélisation déterministe est qu'il permet de reprendre l'ensemble des périodes d'études et de comprendre plus précisément l'origine de certaines vagues épidémiques en les replaçant dans le contexte physique tel qu'il était alors. Un premier exercice de modélisation sera donc réalisé sur plusieurs périodes choisies : d'une part des périodes où des problèmes épidémiques ont été réellement observés. On cherchera alors à caractériser l'ensemble des facteurs météorologiques qui ont pu être aggravants dans ce cas. D'autre part, des périodes où aucune épidémie ne s'est déclenchée, malgré des conditions favorables. Dans les deux cas, les paramètres météorologiques observés localement ou à plus grande distance seront étudiés et hiérarchisés.
Cette classification et ces regroupements permettront ensuite de passer à la phase de prévision. On pourra ainsi proposer un service expérimental de 'risque épidémiologique' basé sur des prévisions numériques déterministes avec CHIMERE, puis utiliser le modèle pour simuler des 'scénarii' et estimer l'impact de certains changements environnementaux sur l'accroissement ou non de risque d'épidémies.