Semi-Markov modelling of the loss of autonomy among elderly people: application to Long-Term Care Insurance
Modélisation semi-markovienne de la perte d'autonomie chez les personnes âgées : application à l'assurance dépendance
Résumé
Alongside the increase in life expectancy observed in developed countries since the beginning
of the 20th century , numerous challenges arise for modern societies. Among them the loss of
autonomy in elderly people, also known as Long-Term Care (LTC). Long-term care may be
defined as a state of incapacity to perform autonomously part of the Activities of Daily Living
(ADL). In most cases, long-term care is caused by one or several pathologies linked to aging.
Disabled people therefore require help provided by a relative or professional caregiver or may
even need to enter a nursing home. In France, a public aid called the Allocation Personnalisée
pour l’Autonomie (APA), literally customized aid for autonomy, aims at covering the expenses
caused by long-term care. Nevertheless, the amount of benefit is relatively small in regards of
those expenses. Therefore, many insurers have designed products dedicated to complement the
public aid.
In order to price those products and monitor the risk, insurers need to model the long-term
care process. In most cases, one rely on multi-state modeling with states autonomy, death and
one or several levels of LTC. To predict the risk one has to assess the transition probabilities
between states. Under the Markov assumption, those probabilities are considered to only
depend on the current state. As regards the study of LTC, this assumption may be seen as too
restrictive to account for the complexity of the underlying risk. In a semi-Markov framework,
those probabilities may also depend on the time spent in the current state. In this thesis,
we emphasis the necessity of the semi-Markov modeling. We demonstrate the impact of time
spent in LTC on death probabilities. Besides, we exhibit that taking into account the diversity
induced by pathologies leads to sizable improvements in the fit of the model to experience data.
Furthermore, we highlight that the peculiar shape taken by death probabilities as a function of
time spent in LTC may be explained by the mixture of pathology groups among the disabled
population.
The first chapter of this thesis provides an introduction of the long-term care risk and
different tools to quantify it. The second chapter focuses on death probabilities among disabled,
using the APA database. In the third chapter, we introduce a fully parametric approach to
estimate transition probabilities in a model with a single state of LTC, relying on data from
an insurance portfolio. Lastly, the fourth chapter study transition probabilities for 4 distinct
groups of pathologies: cancer, neurological diseases, dementia and other causes. This validates
the empirical results obtained in the previous chapters.
L’allongement de l’espérance de vie observé depuis le début du 20esiècle dans les pays
industrialisés pose un certain nombre de défis aux sociétés modernes. Parmi eux celui de la
perte d’autonomie chez les personnes âgées, connue également sous le nom de dépendance. La
dépendance des personnes âgées se définit comme un état d’incapacité à effectuer seul tout
ou partie des Actes de la Vie Quotidienne (AVQ). La dépendance apparaît dans la grande
majorité des cas sous l’effet d’une ou plusieurs pathologies chroniques liées au vieillissement.
Les personnes concernées ont alors besoin de l’assistance d’une tierce personne, un proche ou un
aidant professionnel ou même d’intégrer un Établissement d’Hébergement pour Personnes Âgées
Dépendants (EHPAD) dans les cas les plus sévères. En France, une aide publique, l’Allocation
Personnalisée pour l’Autonomie (APA), est destinée à couvrir les frais liés à la dépendance.
Cependant, le montant des prestations accordées demeure faible devant les dépenses engendrées.
Aussi, de nombreux assureurs ont développé des produits spécifiques destinés à compléter l’aide
publique fournie par l’APA.
Afin de fixer les prix de ces produits et d’assurer le suivi du risque, les assureurs ont besoin
de modéliser le processus de dépendance. Cette modélisation passe dans la majorité des cas par
une représentation multi-états du processus dont les états sont l’autonomie, le décès ainsi qu’un
ou plusieurs niveaux de dépendance. Pour prédire le risque il est alors nécessaire d’estimer les
probabilités de transition entre ces états. Sous l’hypothèse de Markov, on considère que ces
probabilités de transition dépendent uniquement de l’état actuel. En ce qui concerne l’étude du
risque de dépendance, cette hypothèse peut paraître trop restrictive pour rendre compte de la
complexité du phénomène étudié. Dans le cadre semi-markovien, plus général, les probabilités
de transition peuvent également dépendre du temps passé dans l’état actuel. Au cours de
cette thèse, nous nous attachons à montrer la nécessité d’une modélisation semi-markovienne
du processus. Nous mettons ainsi en évidence l’impact du temps passé en dépendance sur
les probabilités de décès. Nous montrons par ailleurs que la prise en compte de la diversité
induite par les pathologies permet d’améliorer sensiblement l’adéquation du modèle proposé
aux données étudiées. Plus encore, nous établissons que la forme particulière de la probabilité
de décès en fonction du temps passé en dépendance peut être expliquée par le mélange des
groupes de pathologies qui constituent la population des individus dépendants.
Le premier chapitre de la thèse propose une introduction du sujet et des principales méthodes
utilisées pour sa quantification. Le deuxième chapitre est consacré à l’étude des probabilités
de transitions pour les individus déjà dépendants sur la base de données publiques de l’APA.
Dans le troisième chapitre, nous introduisons une démarche entièrement paramétrique pour
l’estimation des probabilités de transition dans un modèle avec un seul niveau de dépendance
sur la base de données de portefeuilles. Nous prenons notamment en compte le rôle du mélange
des groupes de pathologies, quand bien même celles-ci ne sont pas observées. Enfin, le
quatrième chapitre est consacré à l’étude des probabilités de transition associées à 4 groupes
de pathologies : cancer, maladies neurologiques, démence et autres causes. Cette étude permet
ainsi de valider les résultats empiriques établis au cours des chapitres précédents.
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