1. Optimal impulsive control of coffee berry borers in a berry age-structured epidemiological model
- Author
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Fotso Fotso, Yves, Touzeau, Suzanne, Tsanou, Berge, Grognard, Frédéric, Bowong, Samuel, Faculté des Sciences - Université de Dschang [Cameroun], Université de Dschang, Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes [Bondy] (UMMISCO), Université de Yaoundé I-Institut de la francophonie pour l'informatique-Université Cheikh Anta Diop [Dakar, Sénégal] (UCAD)-Université Gaston Bergé (Saint-Louis, Sénégal)-Université Cadi Ayyad [Marrakech] (UCA)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Nord]), Laboratoire International de Recherche en Informatique et Mathématiques Appliquées (LIRIMA), Université de Yaoundé I-Université Badji Mokhtar Annaba (UBMA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Joseph Ki-Zerbo [Ouagadougou] (UJZK)-Université d'Antananarivo-Université Gaston Bergé Sénégal-Centre National de la Recherche Scientifique et Technologique (CNRST), Institut Sophia Agrobiotech (ISA), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Côte d'Azur (UCA), Biological control of artificial ecosystems (BIOCORE), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université Côte d'Azur (UCA), Faculté des Sciences [Douala], Université de Douala, EPITAG, Fotso Fotso, Yves, and Dpt of Mathematics and Computer Science [Douala]
- Subjects
[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,[SDV.SA] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,Plant-pest interactions ,Integrated pest management ,[MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC] ,[SDV.EE.IEO] Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis ,[SDV.BA.ZI]Life Sciences [q-bio]/Animal biology/Invertebrate Zoology ,Impulsive control ,[SDV.BA.ZI] Life Sciences [q-bio]/Animal biology/Invertebrate Zoology ,Maximum principle ,Numerical simulations ,Hypothenemus hampei ,[MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,[MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC] ,PDE dynamical model ,[MATH.MATH-AP] Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,[MATH]Mathematics [math] ,Impulsive control theory ,[SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis ,Plant-pest interactions PDE dynamical model Impulsive control Maximum principle Numerical simulations Hypothenemus hampei - Abstract
International audience; The coffee berry borer (CBB) Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytidae) is the most important insect pest affecting coffee production worldwide and generating huge economic losses. As most of its life cycle occurs inside the coffee berry, its control is extremely difficult. To tackle this issue, we solve an optimal control problem based on a berry age-structured dynamical model that describes the infestation dynamics of coffee berries by CBB during a cropping season. This problem consists in applying a bio-insecticide at discrete times in order to maximise the economic profit of healthy coffee berries while minimising the CBB population for the next cropping season. We derive analytically the first-order necessary optimality conditions of the control problem. Numerical simulations are provided to illustrate the effectiveness of the optimal control strategy.
- Published
- 2023