Towards a better understanding of transmission determinants of avian influenza in southwest France | Vers une meilleure compréhension des déterminants de la transmission de l'influenza aviaire dans le sud-ouest de la France

English. Managing sanitary crises linked to avian influenza viruses has become a crucial challenge for the long-term sustainability of the European poultry sector. In the last decade, Europe has experienced four major epizootics of the highly pathogenic avian influenza (HPAI), resulting in severe socioeconomic consequences in the poultry sector. France was one of the most impacted countries in Europe, with around 500 poultry outbreaks reported in 2016-2017. These outbreaks were primarily clustered in southwest France, a region with the country's highest concentration of duck farms. Furthermore, more than 80% of detected outbreaks were in duck farms, and they were shown to play a vital role in HPAI epidemiology. This Ph.D. thesis aimed to provide insights on transmission determinants of highly pathogenic avian influenza in France. Using various quantitative epidemiological tools, including network analyses and mechanistic modeling, we described direct and indirect contact patterns of duck farms resulting from the exchange of live- duck, untangled the role of live-bird movements in the spread of HPAI, and finally evaluated how duck farm density contributed the dissemination of HPAI viruses in southwest France. Using network analysis of live duck movement data (2016-2018), we first described the contact patterns between farms, including direct contacts through the exchange of live ducks and indirect contacts through transit of transport vehicles used to exchange these live ducks. We estimated that a farm epidemiologically linked with outbreak farms through these networks had a 33% probability of becoming infected. This indicates that networks resulting from these movements were efficient transmission routes for HPAI. However, their contribution to the epidemic has been limited, as highlighted by the very few transmission events that were likely due to these transmission routes, likely due to the stringent movement bans implemented to stop the epizootic. Then, we took advantage of an individual-based model developed to evaluate the epizootic crisis in the southwest region and implemented different scenarios related to the reduction in duck farm density to help guide decision-making in the event of a new epizootic. We assessed whether a reduction in the density of duck farms in the densest communes would have improved the sector's resilience to the spread of the HPAI H5N8 subtype virus during the 2016 – 2017 epizootic. We found that the basic reproduction number would remain higher than one in large parts of the southwest region, even with a strong reduction of duck farm density. Based on these results, strategies focused only on reducing the commune density of duck farms would be insufficient to eliminate the risk of avian influenza propagation. However, the combination of the reduction in duck farm density and the implementation of the control measures that were in place during the 2016 – 2017 epizootic would have halved the final size of the epizootic. Despite the potential biases discussed, this Ph.D. presents some insights on transmission routes and how that understanding is vital in developing mechanistic models. Considering these results, we encourage 1) the further investigation of farm contact patterns to decipher their impact in avian influenza transmission, 2) the exploration of alternative structural changes of the poultry production system to improve its resilience to HPAI threats, and 3) the development of analytical pipelines to provide real-time support to policy-makers.

French. La gestion des crises sanitaires liées aux virus de l'influenza aviaire est devenue un défi crucial pour la viabilité à long terme du secteur avicole européen. Au cours de la dernière décennie, l'Europe a connu quatre épizooties majeures d'influenza aviaire hautement pathogène (IAHP), entraînant de graves conséquences socio-économiques. La France a été l'un des pays les plus impactés en Europe, avec environ 500 foyers aviaires déclarés en 2016 – 2017 et en 2020-2021. Ces foyers étaient principalement regroupés dans le sud-ouest de la France, une région où se trouve la plus forte concentration d'élevages de canards du pays. En outre, plus de 80 % des foyers détectés concernaient des élevages de canards, et il a été démontré qu'ils jouaient un rôle essentiel dans l'épidémiologie de l'IAHP. Cette thèse visait à fournir des indices sur les déterminants de la transmission de l'influenza aviaire hautement pathogène. En utilisant divers outils épidémiologiques quantitatifs, y compris des analyses de réseau et des modèles mécanistes, nous avons décrit les schémas de contact direct et indirect des élevages de canards résultant de l'échange de canards vivants, déchiffré le rôle des mouvements d'oiseaux vivants dans la propagation de l'IAHP, et enfin évalué comment la densité des élevages de canards a contribué à la dissémination des virus de l'IAHP dans le sud-ouest de la France. En utilisant une analyse de réseau des données sur les mouvements de canards vivants (2016 – 2018), nous avons décrit les patrons de contact entre les fermes, prenant en compte les contacts directs par l'échange de canards vivants et les contacts indirects par le transit des véhicules de transport utilisés pour échanger ces canards vivants. Nous avons estimé qu'une ferme liée à un foyer épidémique à travers ces réseaux avait une probabilité de 33 % d'être infectée. Cela indique que les réseaux résultant de ces mouvements étaient des voies de transmission efficaces de l'IAHP. Cependant, leur contribution à l'épizootie a été limitée, comme le soulignent les très rares événements de transmission dus à ces voies de transmission, vraisemblablement en raison des interdictions strictes de mouvements mises en place pour stopper l'épizootie. Ensuite, nous avons exploité un modèle mécaniste individu-centré développé pour évaluer la crise épizootique dans la région du sud-ouest et avons mis en œuvre différents scénarios liés à la réduction de la densité des élevages de canards pour aider à guider la prise de décision en cas de nouvelle épizootie. Nous avons évalué si une réduction de la densité des élevages de canards dans les communes les plus denses aurait amélioré la résilience du secteur face à la propagation du virus IAHP de sous-type H5N8 pendant l'épizootie de 2016 – 2017. Nous avons constaté que l'indice de reproduction de base resterait élevé dans de grandes parties de la région sud-ouest, même avec une forte réduction de la densité des élevages de canards. Sur la base de ces résultats, les stratégies axées uniquement sur la réduction de la densité communale des élevages de canards seraient insuffisantes pour éliminer le risque de propagation de la grippe aviaire. Cependant, la combinaison de la réduction de la densité des élevages de canards et de la mise en œuvre des mesures de contrôle qui étaient en place pendant l'épizootie de 2016 – 2017 aurait permis de réduire de moitié la taille finale de l'épizootie. En dépit des biais potentiels qu’on a discutés, cette thèse améliore notre compréhension des voies de transmission. Au vu de ces résultats, nous encourageons 1) la poursuite de l'étude des schémas de contact dans les élevages afin de déchiffrer leur impact sur la transmission de la grippe aviaire, 2) l'exploration de changements structurels alternatifs du système de production avicole afin d'améliorer sa résilience aux menaces de l'IAHP, et 3) le développement de pipelines analytiques afin de fournir un soutien en temps réel aux décideurs politiques.