Combien de personnes doivent se faire vacciner contre le COVID-19 pour arrêter le coronavirus ?

Il est clair depuis un moment que, au moins aux États-Unis, la seule façon de sortir de la pandémie de coronavirus sera la vaccination. Le déploiement rapide des vaccins contre le coronavirus est en cours, mais combien de personnes doivent être vaccinées pour contrôler cette pandémie ?

Je suis un biologiste computationnel qui utilise des données et des modèles informatiques pour répondre à une question biologique à l’Université du Connecticut. J’ai suivi l’épidémie de COVID-19 de mon état avec un modèle informatique pour aider à prévoir le nombre d’hospitalisations à l’hôpital John Dempsey de l’Université du Connecticut.

Ce type de modèle informatique et la théorie sous-jacente peuvent également être utilisés pour calculer les taux de vaccination nécessaires pour briser la chaîne de transmission du coronavirus. Mon estimation est que pour l’ensemble des États-Unis, environ 70 % de la population doit être vaccinée pour arrêter la pandémie. Mais la variation du comportement des gens dans différentes parties du pays, ainsi que les questions ouvertes sur la question de savoir si le vaccin empêche entièrement l’infection ou empêche simplement les gens de tomber malades, ajoutent un degré d’incertitude.

Coupure de la transmission

Des essais cliniques ont montré qu’une fois qu’une personne est vaccinée contre le coronavirus, elle ne tombera pas malade avec le COVID-19. Une personne qui ne tombe pas malade peut quand même être infectée par le coronavirus. Mais supposons aussi qu’une personne vaccinée ne peut pas transmettre le virus à d’autres personnes, bien que les chercheurs ne sachent toujours pas si c’est vrai.

Lorsqu’une partie suffisante de la population est vaccinée, le virus a du mal à trouver de nouvelles personnes à infecter, et l’épidémie commence à s’éteindre. Et tout le monde n’a pas besoin d’être vacciné, juste assez de personnes pour empêcher le virus de se propager hors de contrôle. Le nombre de personnes qui doivent être vaccinées est connu sous le nom de niveau critique de vaccination. Lorsqu’une population atteint ce nombre, on obtient une immunité collective. L’immunité de troupeau, c’est lorsqu’il y a tellement de personnes vaccinées qu’une personne infectée peut difficilement trouver quelqu’un qui pourrait être infecté, et donc le virus ne peut pas se propager à d’autres personnes.Ceci est très important pour protéger les personnes qui ne peuvent pas être vaccinées.

Le niveau critique de vaccination dépend du degré d’infectiosité de la maladie et de l’efficacité du vaccin. L’infectiosité est mesurée à l’aide du nombre de reproduction de base – R0 – qui est le nombre de personnes auxquelles une personne infectée transmettrait le virus en moyenne si aucune mesure de protection n’était en place.

Plus une maladie est infectieuse, plus le nombre de personnes qui doivent être vaccinées pour atteindre une immunité entendue est important. Plus l’efficacité du vaccin est élevée, moins il faut vacciner de personnes.

Pas les mêmes partout

Les valeurs de R0 diffèrent d’un endroit à l’autre parce que leurs populations se comportent différemment – les interactions sociales ne sont pas les mêmes dans les lieux ruraux et urbains, ni dans les climats chauds par rapport aux climats froids, par exemple.

En utilisant les données sur les cas positifs, les hospitalisations et les décès, mon modèle estime que le Connecticut a actuellement un R0 de 2,88, ce qui signifie qu’en moyenne, chaque personne infectée transmettrait le virus à 2,88 autres personnes si aucune mesure d’atténuation n’était mise en place. Les estimations au niveau des comtés vont de 1,44 dans la région rurale d’Alpine, en Californie, à 4,31 dans la région urbaine de Hudson, dans le New Jersey.

Mais trouver une valeur de R0 pour l’ensemble des États-Unis est particulièrement délicat en raison de la diversité des climats et parce que le virus a touché différentes régions à différents moments – le comportement est loin d’être uniforme. Les estimations varient de 2,47 à 8,2, bien que la plupart des chercheurs placent R0 pour l’ensemble des États-Unis autour de 3,

Alors que R0 varie selon les endroits et entre les estimations, l’efficacité des vaccins est constante et bien connue. Les vaccins Pfizer-BioNTech et Moderna sont respectivement efficaces à 95% et 94,5% pour prévenir le COVID-19.

En utilisant les valeurs d’efficacité des vaccins et le R0, on peut calculer le niveau de vaccination critique. Pour le Connecticut, avec un R0 de 2,88, 69% de la population doit être vaccinée. Pour l’ensemble des États-Unis, avec un R0 de 3, ce chiffre serait de 70 %. Dans la ville de New York, avec un R0 estimé à 4,26, ce serait 80 %.

Une grande incertitude

Si les mathématiques sont relativement simples, les choses se compliquent quand on considère des questions importantes pour lesquelles les épidémiologistes n’ont toujours pas de réponses.

Premièrement, la formule du niveau critique de vaccination suppose que les gens interagissent de manière aléatoire. Mais dans le monde réel, les gens interagissent dans des réseaux très structurés en fonction du travail, des voyages et des liens sociaux. Lorsque ces schémas de contact sont pris en compte, certains chercheurs ont constaté que les niveaux de vaccination critiques étaient considérablement plus faibles par rapport à l’hypothèse d’interactions aléatoires.

Malheureusement, d’autres inconnues pourraient avoir un effet inverse.

Les essais vaccinaux montrent clairement que les personnes vaccinées ne tombent pas malades avec le COVID-19. Mais on ne sait toujours pas si les vaccins empêchent les gens de contracter des infections légères qu’ils pourraient transmettre à d’autres personnes. Si les personnes vaccinées peuvent toujours être infectées et transmettre le virus, alors la vaccination n’apportera pas d’immunité collective – même si elle préviendrait quand même les maladies graves et réduirait drastiquement la mortalité.

Une dernière question qui reste à résoudre est de savoir combien de temps l’immunité au coronavirus dure après la vaccination d’une personne. Si l’immunité s’affaiblit après quelques mois, alors chaque individu aura besoin de vaccinations répétées.

Il est difficile de dire avec certitude combien de personnes doivent être vaccinées pour mettre fin à cette pandémie. Mais même ainsi, l’arrivée des vaccins COVID-19 a été la meilleure nouvelle de 2020. En 2021, lorsqu’une grande partie des individus aux États-Unis se feront vacciner, le pays se dirigera vers le niveau de vaccination critique – quel qu’il soit – afin que la vie puisse commencer à revenir à la normale.