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Analyses comparatives de la productivité des populations d'ovins en élevage traditionnel tropical : une approche par les modèles matriciels en temps discret
No full textLes méthodes permettant de quantifier la productivité des populations domestiques ont pour buts de réaliser le diagnostic zootechnique d'un système de production (pouvant se limiter à une exploitation), de le comparer avec d'autres systèmes ou d'évaluer l'effet d'une intervention zootechnique ou sanitaire sur ce système. Une méthode fréquemment rencontrée en élevage tropical fait appel aux "modèles de production à l'équilibre" décrits dans la littérature zootechnique anglophone sous le nom de steady-state models (Upton, 1989 pour revue). Ces modèles font partie des modèles matriciels en temps discret, introduits par Leslie (Leslie, 1945). lis décomposent la population en catégories d'animaux, définies par exemple par leur sexe et leur classe d'âge. L'état de la population au temps t est décrit par un vecteur x(t) dont les composantes représentent les effectifs des animaux présents dans les catégories. Une équation matricielle x(t + 1) = A x(t) prédit par récurrence l'effectif des animaux présents dans chaque catégorie aux temps t + 1, t + 2, etc. La matrice de projection A, dite matrice de Leslie, contient les paramètres démographiques naturels (fécondité et mortalité naturelle) et de gestion (exploitation et importation des animaux dans les troupeaux) pour les différentes catégories. Dans ces modèles, la productivité numérique de la population est définie par l'effectif total des animaux exploitables chaque année en situation d'équilibre démographique (la population est en situation d'équilibre lorsque son état en fin d'année est égal à son état initial). Dans les applications en zootechnie tropicale, les modèles matriciels de production à l'équilibre ont été construits exclusivement pour des pas de temps annuels. Ces modèles sont peu adaptés pour les espèces à cycle de reproduction court (inférieur à l'année) et dont les mises bas surviennent tout au long de l'année, comme les petits ruminants domestiques tropicaux. En outre, ils ne permettent pas de prendre en compte la variabilité intra-annuelle des paramètres démographiques des populations, caractéristique pourtant importante des populations domestiques tropicales. Pour les petits ruminants en Afrique par exemple, l'alternance de saisons sèche et pluvieuse provoquent des stresses périodiques importants et des variations dans leurs performances zootechniques. Les abattages massifs lors de fêtes religieuses (p.e. la fête de la Tabaski), les ventes ou les confiages d'animaux entre éleveurs à certaines périodes de l'année provoquent de fortes variations saisonnières dans les taux d'exploitation des animaux. Dans cette étude, nous présentons un modèle démographique permettant de représenter conjointement les variations inter et intra-annuelles des paramètres démographiques d'une population. Ce modèle, appelé modèle matriciel périodique (Skellam, 1967; Caswell, 1989), décompose l'année en sous-périodes, nommées phases, et prédit l'évolution de la population de phase en phase (Lesnoff, 1999 pour une application). Nous présentons une méthode de calcul de productivité développée spécifiquement pour ce modèle (Lesnoff et ai., 2000). Nous proposons également une méthode d'inférence pour calculer les variances d'échantillonnage des productivités estimées, et permettant de calculer des intervalles de confiance et de construire des tests statistiques, problème souvent éludé dans la littérature. La méthode est appliquée à l'évaluation d'un plan de prophylaxie mis en ceuvre en 1987 sur une population d'ovins dans la région de Kolda (partie sud du Sénégal, en Moyenne Casamance). L'objectif de l'étude était d'estimer les gains de productivité numérique obtenus par la prophylaxie (vaccination et vermifugation), ainsi que la rentabilité économique des traitements. Les résultats d'évaluation de ce plan sont détaillés dans Lesnoff et ai. (2000). Certains résultats partiels avaient été présentés par ailleurs (Tillard, 1991 ; Faugère et ai., 1992)
Méthodes d'enquête pour l'estimation des taux démographiques des cheptels de ruminants domestiques tropicaux. Synthèse, limites et perspectives
No full textLa démographie est un déterminant essentiel de la production des cheptels de ruminants domestiques élevés en conditions extensives tropicales. L'estimation des taux démographiques (taux de reproduction, de mortalité et d'exploitation des animaux) est nécessaire pour évaluer l'effet d'interventions zootechniques sur la production des cheptels. Cette estimation est cependant particulièrement difficile et contraignante. Les systèmes d'élevage traditionnels posent des problèmes spécifiques et importants pour la collecte des données dans les troupeaux. La présente synthèse fait le point sur les méthodes d'enquête utilisées en milieu villageois pour estimer les taux démographiques des ruminants: les suivis individuels d'animaux, les suivis de troupeaux sans identification individuelle des animaux et les enquêtes rétrospectives transversales. Des perspectives de recherche sont proposées pour améliorer les méthodes, notamment dans le cadre des suivis nécessaires pour prendre en compte la variabilité interannuelle des taux démographiques
Peste des petits ruminants in Sub-Saharan Africa Africa : modelling and analysis of vaccination strategies in a frame of global public good
No full textLa peste des petits ruminants est une maladie infectieuse animale très contagieuse. Largement répandue en Afrique, au Moyen Orient, et en Asie, elle fait des ravages dans les élevages ovins et caprins. Les petits ruminants représentent une ressource nutritionnelle et économique essentielle dans les pays en développement, notamment pour les communautés rurales les plus pauvres. En Afrique sub-saharienne, l'impact de la maladie est d'autant plus élevé que les mouvements des animaux sont compliqués à contrôler (transhumance, commerce illégal, zones de conflits, etc.) et les contrôles sanitaires difficiles à organiser. Une coalition internationale a décidé de prendre en main le contrôle de cette maladie ravageuse en élaborant avec l'OIE et la FAO une stratégie mondiale de contrôle progressif et d'éradication de la maladie.La stratégie est basée sur la vaccination de masse mais les protocoles de vaccination ont principalement été élaborés sur des bases empiriques. Après une campagne de vaccination, la dynamique démographique entraînant le renouvellement du cheptel, la proportion d'individus immunisés au sein de la population (taux d'immunité) est amenée à diminuer au cours du temps (entrées d'animaux non vaccinés, e.g. les naissances, et sorties d'animaux vaccinés, e.g. les ventes). La décroissance du taux d'immunité permet d'évaluer l'efficacité de la vaccination à moyen terme. Si le taux d'immunité est assez élevé, le virus n'a plus d'hôte pour se propager. Le renouvellement du cheptel est délicat à estimer et varie d'un système d'élevage à l'autre. Ce manuscrit présente une méthode d'optimisation des protocoles de vaccination pour obtenir la meilleure couverture immunitaire possible.Un modèle dynamique de prédiction du taux d'immunité dans des élevages de petits ruminants d'Afrique sub-saharienne au cours d'un programme de vaccination pluri-annuel a été développé en utilisant la théorie des modèles démographiques matriciels. Cet outil a été utilisé pour évaluer différents protocoles proposés pour les zones sahéliennes arides / semi-arides et les zones sub-humides / humides. Les paramètres des modèles ont été estimés à partir des données disponibles et d'une revue exhaustive de la littérature.Des indicateurs synthétiques de l'efficacité des protocoles ont été calculés (persistance du niveau protecteur, taux d'immunité moyen, etc.), puis comparés.L'étude a confirmé la pertinence des protocoles proposés par l'OIE et la FAO, apportant des précisions pour les divers scénarios. Les couvertures vaccinales atteintes doivent être très élevées (>80%) pour permettre la protection d'un troupeau pendant toute la durée du programme. En zone sahélienne, les troupeaux doivent être vaccinés au plus tôt après la saison des pluies pour optimiser la portée de la vaccination. L'étude révèle aussi que le pic d'exploitation des mâles, dû à la Tabaski, et la situation épidémiologique initiale du troupeau influent peu sur la dynamique du taux d'immunité.L'outil développé au cours de cette thèse peut être utilisé pour toute maladie infectieuse pour laquelle on dispose d'un vaccin efficace à long terme et toute population domestique dont on connaît la dynamique. Il pourrait cependant être amélioré par l'intégration de la dynamique de la maladie et de la répartition spatiale des élevages sous forme de méta-communauté.Peste des petits ruminants is a highly contagious animal disease. Widespread in Africa, the Middle East and Asia, it has a devastating effect on small ruminants. Small ruminants are essential to sustainable livelihood in developping countries, especially in rural communities. In western Africa, the disease incidence is higher because of the difficulty to control animals movements (transhumance, illegal trade, conflicted areas, etc.) and to settle adapted sanitary actions.A global strategy for the progressive control and the eradication of the disease has been developed by the OIE and FAO. It is based on mass vaccination, with vaccination protocols defined on empirical basis.After a vaccination campaign, the population dynamics is responsible for herd renewal, the proportion of protected individuals (post-vaccinal immunity rate) in the population is decreasing over time (entries of non-vaccinated animals and exits of vaccinated ones). The immunity rate decrease allows to assess to the efficiency of employed vaccination strategies in term of immunity coverage. From a given threshold, the immunity rate can stop the viral transmission. The population renewal has to be estimated carrefully because it varies from one farming system to another. The work described in this manuscript provides an optimization tool of vaccination strategy, supporting decision markers in the formulation of vaccination protocole achiving the best possible immunization coverage in a given socio-economical context.Using the demographic matrix model theory, we developed a seasonal model predicting the immunity rate dynamics in traditional small ruminants livestock of Western African during a vaccination program. We used this model to evaluate different vaccination protocols proposed for Sahelian arid and semi-arid areas, and Soudano-guinean sub-humid and humid areas. Model parameters were estimated from the available data and an exhaustive review of literature.Synthesising indicators of the protocoles efficiency were computed (length of protective immunity, average immunity rate, etc.) and compared.The work described in the manuscript broadly confirmed the protocols proposed by the OIE and FAO. Additionally, this work provides details for the various scenarios. Very high vaccination coverage (>80%) should be reached to protect the population during the whole program. In the Sahelian zone, herds should be vaccinated at the earliest possible from September to optimize the scope of vaccination. We also show that the males offtake increase due to Tabaski and the initial epidemiological situation poorly influences the immunity rate dynamics.Our tool is generic. I can be applied to any infectious disease which has a vaccine providing a lifelong immunity and for which the population dynamics is known. Nevertheless, it could be improved by implementing spatial analysis and disease dynamics
Reliability of a Twelve-Month Retrospective Survey Method for Estimating Parturition and Mortality Rates in a Traditional African Livestock Farming System
No full textParturition and mortality annual rates are basic data for quantifying productivity of livestock populations in tropical extensive farming systems. Herd monitoring with ear-tagged animals is a gold standard for estimating these parameters in the field. Alternatives are cross-sectional retrospective surveys, based on farmers’ interviews and their short- or long-term recall of the herds’ demography. The present study evaluated a retrospective method (12MO) for estimating parturition and mortality rates over the last twelve months before the survey. The bias of different approximation methods was calculated for different available databases on cattle and small ruminants monitored in Senegal. The main result was the potentially high bias variability (particularly for the mortality rate of small ruminants for which the relative bias ranged from -60 to 96% in age class “0 to 1 year”), although the median bias remained acceptable (the median relative bias was ≤ 6% in absolute value). Retrospective surveys such as 12MO should be used sparingly (for instance to approximate immediate impacts of large shocks or of innovations) and their results interpreted with caution. Whenever possible, herd monitoring surveys (with or without animals’ identification) over a period of several years should be preferred
Dynamics of a sheep population in a Sahelian area (Ndiagne district in Senegal) : a periodic matrix model
No full textThe demography of livestock populations in Sahelian areas is highly sensitive to periodic stresses generated by climatic fluctuations. A deterministic age-transition matrix model which explicitly accounts for within-year demographic variability was developed. The annual cycle was divided into a number of 24 two-week phases and the annual projection matrix was the product of the 24 projection matrices for each phase. This model was applied to an extensively managed sheep population in North Senegal. Results such as growth rates, age structures and population size projections were compared to field data. We showed that such models can be useful in exploring demographic patterns and thus be powerful descriptive tools for livestock dynamic analysis in periodic environmental variations
Vulnerability and food self-sufficiency of small Island spaces : an approach with demographic scenarios to assess the dynamics of the beef cattle in Réunion Island
No full textCette thèse propose une double approche économique et zootechnique de l’élevage allaitant à la Réunion. Malgré de fortes incitations politiques à son développement, ce secteur voit aujourd’hui son rôle dans le développement rural remis en question. Pour répondre à ces controverses, nous avons conduit une étude de la contribution du secteur de la viande bovine à la réduction de la vulnérabilité économique structurelle. Pour ce faire, nous avons montré dans un premier temps que la dépendance alimentaire est un facteur de vulnérabilité important pour les petits espaces insulaires. Nous nous sommes appuyés sur la construction d’un indice composite de vulnérabilité construit grâce à une méthode de pondération endogène pour des questions de robustesse. Dans un second temps, nous avons cherché à identifier les filières agricoles les plus à même de réduire la dépendance alimentaire de la Réunion. La filière bovine allaitante est apparue comme la plus prometteuse du fait de sa forte structuration, de sa capacité à valoriser des ressources locales et de la possibilité de gagner des parts de marché dans une logique de substitution des importations. Nous avons ensuite conduit une étude des déterminants de la dynamique passée du secteur de la viande bovine à la Réunion. Nous avons mis en évidence que cette production répond principalement à des déterminants économiques qui, par l’intermédiaire de décisions des éleveurs, ont entraîné une dégradation des performances zootechniques des animaux. Nous avons également montré comment la réaction de la coopérative face à cette situation a permis de relancer la croissance du cheptel et de la production. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres influençant la productivité du cheptel allaitant réunionnais par la construction et l’analyse d’un modèle démographique. Nos résultats ont montré que les performances de reproduction et de croissance sont les plus importantes pour augmenter la productivité. À partir de ces éléments, nous avons construit des scénarios d’évolution en collaboration étroite avec la coopérative. Ces scénarios ont en particulier intégré des éléments sur l’amélioration des performances des animaux, des changements de pratiques des éleveurs et des changements dans l’organisation de la production au niveau de la coopérative. Nous avons montré que l’amélioration des performances, le rajeunissement du troupeau, l’introduction d’insémination artificielle sexée et l’engraissement à l’herbe sont des moyens de développement de la filière allaitante réunionnaise. Notre thèse donne des arguments pour reconsidérer le rôle de l’agriculture dans la vulnérabilité économique structurelle de la Réunion et démontre l’intérêt du développement de l’élevage allaitant pour réduire cette vulnérabilité. Elle présente également des pistes de réflexion pour les décideurs et les acteurs du terrain dans l’objectif d’augmenter la production de viande bovine à la Réunion. Elle constitue une étude approfondie des raisons et des moyens du développement de la filière bovine allaitante à l’échelle d’un territoire insulaire tropical.This thesis presents an economic and zootechnical approach on suckling cattle in Réunion Island. In order to respond to the existing controversies about the role of livestock in development, we conducted a study of the contribution of the beef sector to the reduction of structural economic vulnerability. To do so, we first showed that food dependency is an important factor of vulnerability for small island spaces. Our proposal was based on the construction of a composite vulnerability index using an endogenous weighting method for robustness reasons. Secondly, we identified the agricultural sectors that are most likely to reduce Réunion's food dependency. The suckling cattle sector appeared to be the most promising because of its strong structure, its capacity to valorize local resources and the possibility of gaining market shares in a logic of import substitution. We then conducted a study of the determinants of the past dynamics of the beef sector in Réunion. We showed that this production reacts mainly to macroeconomic determinants which, through farmers' decisions, can lead to a degradation of the zootechnical performances of the animals. We also showed how the cooperative's reaction to respond to a crisis situation conducted to revive the growth of the herd and of the production. We then looked at the parameters influencing the productivity of Réunion’s suckling herd through the construction and analysis of a demographic model. Our results showed that reproductive and growth performances are the most important to increase productivity. From these elements, we built several scenarios in close collaboration with the cooperative. In particular, these scenarios integrated elements on the improvement of animal performance, changes in farmers' practices and changes in the organization of production at the cooperative level. We showed that performance improvement, herd rejuvenation, the introduction of sexed artificial insemination and fattening on grass are means of increasing Réunion’s meat production. Our thesis provides arguments for reconsidering the role of agriculture in the structural economic vulnerability of Réunion Island and demonstrates the interest of developing the suckling sector to reduce this vulnerability. It also presents avenues of reflection for decision-makers and stakeholders in the field with the aim of increasing beef production in Réunion. In this sense, it constitutes an in-depth study of the reasons for and means of developing the suckling cattle industry at the scale of a tropical island territory
Development of chemometric methods for the processing of massive data
No full textL'analyse des données chimiques, communément appelée chimiométrie, est utilisée en agronomie pour répondre à diverses questions telles que l'étude des sols, des fourrages ou le phénotypage. Aujourd'hui, une grande quantité de données peut être générée et les chimiométriciens doivent être capables de les analyser. Les outils habituels ne sont pas encore capables de traiter efficacement ces données. Des outils dans le domaine du big-data ont été développés afin de permettre de traiter des bases de données volumineuses. Ces outils n'ont pas encore été évalués pour la chimiométrie. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier le traitement de données massives pour la chimiométrie. Pour ce faire, trois axes de recherche ont été étudiés. Le premier axe de recherche consiste à étudier comment permettre le traitement de données massives par des méthodes locales. Les méthodes locales calibrent un modèle par individu à prédire sur ses plus proches voisins. Le deuxième axe de recherche consiste à étudier la pertinence d'un individu au sein d'un modèle local. Le troisième axe consiste à combiner les idées développées dans les deux premiers axes pour rendre les méthodes performantes pour la chimiométrie. Pour répondre au premier axe, une nouvelle méthode nommée parSketch-PLS a été étudiée et développée. Pour aborder le deuxième axe, une méthode appelée RoBoost-PLSR a été développée. Pour étudier le troisième axe, deux prémices de méthodes ont été proposées. Les résultats associés à ces développements ont mis en évidence l'intérêt d'adapter les outils de traitement de données massives à la chimiométrie. En effet, les outils utilisés pour le traitement des données massives ne reposent pas forcément sur les mêmes connaissances que les outils développés pour la chimiométrie. Cela peut donc conduire à une diminution de la capacité prédictive des méthodes chimiométriques. Cette thèse met donc en avant l'intérêt de rapprocher ces deux domaines afin de proposer un ensemble de méthodes et d'outils de traitement de données massives chimique.Chemical data analysis, also known as chemometrics, is widely used in agronomy to address various issues such as soil, forage or phenotyping studies. Today, a large amount of data can be generated and chemometricians must be able to analyse them. However, their usual tools are not able to process this amount of data efficiently. Tools originated from big data field have been developed to process large databases but have not yet been evaluated for chemometrics. The objective of this thesis is therefore to study massive data processing for chemometrics. To this end, three research axis were investigated. The first research axis is to study how to enable massive data processing by local methods. Local methods calibrate a model per individual to be predicted on its nearest neighbours. The second research axis is to study the relevance of an individual within a local model. The third research axis consists in combining the ideas developed in the first two axis to propose efficient methods for chemometrics. To address the first research focus, a new method called parSketch-PLS was studied and developed. To address the second focus, a method called RoBoost-PLSR was developed. To address the third focus, two premise methods were proposed. The results associated with these developments highlighted the interest in adapting massive data processing tools to chemometrics. Indeed, tools used for massive data processing do not necessarily rely on the same knowledge as tools developed for chemometrics. This can degrade the predictive capacity of chemometrics. This thesis therefore highlights the interest in bringing these two fields together in order to propose a set of methods and tools for processing massive chemical data
Traitement des données binaires surdispersées : le modèle beta-binomial
No full textLes données binaires surdispersées sont fréquentes dans l'étude des populations animales ou humaines. Elles se caractérisent par leur regroupement en grappes ou en "portées" emboîtées dans différents traitements. La surdispersion peut avoir comme origine l'oubli d'un facteur important dans l'expérimentation, l'existence d'une ou plusieurs données aberrantes ou d'une corrélation entre les observations d'une même grappe. Si le modèle de traitement n'en tient pas compte, il en découlera une surdispersion dans la loi binomiale des estimateurs correspondants. La variance des estimateurs est alors sous-estimée et leur intervalle de confiance trop étroit. Les tests basés sur ces variances et intervalles de confiance auront ainsi tendance à rejeter les hypothèses. Le modèle bêta-binomial présente l'avantage de prendre un nombre très varié de formes et présente donc une grande flexibilité. Il permet en outre de calculer explicitement la loi de la variance aléatoire marginale. La limite ce modèle est le caractère arbitraire de soin choi
Evaluation of 12-month interval methods for estimating animal-times at risk in a traditional African livestock farming system
No full textDemographic parameters are useful for assessing productivity and dynamics of tropical livestock populations. Common parameters are the annual instantaneous hazard rates, which can be estimated by m/T (where m represents the number of the considered demographic events occurred during the year and T the cumulated animal-time at risk). Different approaches are encountered in the literature for computing T from on-farm survey data. One crude approach ("the 12-month interval approach") only uses estimations of herds' sizes at beginning and end of the year and aggregated counts of demographic events over the year. I evaluated the potential biases in using four 12-month interval methods (M1-M4) to estimate T. Biases were evaluated by comparing the 12-month estimates to gold-standard values of T. Data came from long-term herd monitoring on cattle and small ruminants in extensive agro-pastoral systems. Animal-times at risks were correctly estimated in average by methods M1, M2 and M4 (average relative biases <=6% in absolute values), except for adult-male small ruminants. For young animals, M2 and M4 showed equivalent biases. M2 is simple to implement and has the advantage of being applicable for any age-group, although M4 is only applicable for young animals. M3 was highly biased and I do not recommend it. Although accurate in average, 12-month interval methods showed highly variable biases. This variability results from interactions between the dates delimiting the 12-month interval and the distributions of the demographic events over time. This phenomenon is particularly important for the adult-male small ruminants. Based on the bias variability observed in the study, the user of 12-month interval methods has to remember that they only provide approximate results and that they cannot completely replace the gold-standard approaches
Modèles démographiques matriciels à temps discret : application à la dynamique des petits ruminants au Sénégal
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