Risk assessment and decision support for improving the resilience of Île-de-France's urban technical networks to flooding
Analyse Des Risques et Aide à la Décision pour l’Amélioration de la Résilience des Réseaux Techniques Urbains Franciliens Face aux Crues
Résumé
Urban technical networks are assets that are critical for the proper functioning and the resilience of territories. However, these networks present different vulnerabilities to natural and man-made hazards, which can cause their damage and the interruption of the urban service they provide. These vulnerabilities can lead to damages or malfunctions that are intuitively unpredictable and more severe than the initial impact of a hazard (cascading failures).In the case of Ile-de-France, the vulnerability of networks to flooding is a major issue of risk and territorial resilience. There are many potential direct impacts of floods on infrastructures and complex interdependencies between infrastructures, networks and services. In order to provide managers with the appropriate tools to address these issues, this research aims to"develop a relevant methodological approach for reducing the vulnerability of these networks to flooding". This methodological approach is intended to assist Ile-de-France' networks operators in the processes of identifying, characterizing, quantifying and controlling the risks induced by the various forms of their networks' vulnerabilities.Our methodological approach is structured mainly according to two axes: risk quantification and multicriteria optimization of the allocation of risk control measures. It mobilizes different methods specific to risk analysis, integration of expertise and quantification of uncertainties, multi-criteria decision support and mathematical optimization, in order to effectively plan measures for reducing networks vulnerabilities. Our work includes three main steps:• The development of a deterministic approach for analyzing the vulnerabilities of urban technical networks. This approach allows the identification and the formalization of a network's failure modes, when exposed to floods. It also allows the quantification of the individual criticality of each component in the possible failure scenarios". The development of a reliabilistic approach for the analysis of networks vulnerabilities, in complement to the deterministic approach. It allows taking into account the likelihood of the identified failure modes and the construction of reliability indicators to evaluate the criticality of a network's components under flood conditions.• The construction of a decision support tool for optimizing the process of mitigating networks' vulnerabilities to flooding. This tool mobilizes the results of both the deterministic and the reliabilistic approaches for the assessment of the global criticality of each component of a network. It also allows to assist a network’s operator in developing optimal strategies for reducing vulnerabilities based on the available budgets.The validity of our approach is demonstrated in this research, through application chapters dedicated to the analysis of an urban railway network facing flood risk. Examples of simple applications on other networks are also provided in the different parts of the thesis.
Les réseaux techniques urbains constituent des infrastructures critiques pour le bon fonctionnement et la résilience des territoires. Toutefois, ces mêmes réseaux présentent différentes formes de vulnérabilités aux aléas naturels et anthropiques, pouvant causer leur endommagement et l’arrêt des services urbains qu’ils permettent d’assurer. Ces vulnérabilités peuvent conduire à des dysfonctionnements parfois imprévisibles et potentiellement même plus sévères que le seul impact causé par l’aléa initiateur (défaillances en cascade).Dans le cas de l’Ile-de-France, la vulnérabilité des réseaux face aux inondations constitue un sujet majeur de risque et de résilience territoriale. On compte une multitude d’impacts directs potentiels des crues sur les infrastructures et des liens d’interdépendances complexes entres infrastructures, réseaux et services. Afin de doter les gestionnaires d’outils appropriés à ces enjeux, cette recherche ambitionne « l’élaboration d’une approche méthodologique pertinente pour la réduction des vulnérabilités des réseaux face aux crues ». Cette approche méthodologique a pour vocation d’assister les gestionnaires de réseaux franciliens dans les processus d’identification, de caractérisation, de quantification et de maitrise les risques induits par les différentes formes de vulnérabilités de leurs réseaux.L’approche méthodologique proposée s’articule autour de deux grands axes: la quantification des risques et l’optimisation multicritères de l’allocation des mesures de leur maitrise. Elle mobilise différentes méthodes propres à l’analyse des risques, à l’intégration de l’expertise et à la quantification des incertitudes, à l’aide à la décision multicritère et à l’optimisation mathématique; afin de planifier efficacement les actions de réduction de vulnérabilités des réseaux franciliens. Notre démarche de recherche comporte trois étapes principales:• Le développement d’une démarche déterministe pour l’analyse des vulnérabilités des réseaux techniques urbains. Celle-ci permet l’identification et la formalisation des modes de défaillance d’un réseau exposé aux crues. Elle permet également la quantification de la criticité individuelle de chaque composant dans les scénarios possibles de défaillance.• L’élaboration d’une démarche fiabiliste pour l’analyse des vulnérabilités des réseaux, complémentaire à l’analyse déterministe. Elle permet la prise en compte de la vraisemblance des modes de défaillances identifiés et la construction d’indicateurs fiabilistes pour évaluer la criticité de chaque composant d’un réseau analysé en situation de crue.• La construction d’un outil d’aide à la décision pour la rationalisation et l’optimisation du processus de réduction des vulnérabilités des réseaux face aux crues. Cet outil mobilise les résultats des deux démarches déterministe et fiabiliste pour la caractérisation de la criticité globale de chaque composant d’un réseau exposé aux crues. Il permet aussi d’assister les gestionnaires de réseaux dans l’élaboration de stratégies optimales de réduction des vulnérabilités en fonction des budgets d’investissement disponibles.La validité ainsi que la portée opérationnelle de notre démarche sont éprouvées tout au long de cette recherche, à travers des chapitres d’application et de valorisation dédiés à l’analyse d’un tronçon ferroviaire urbain faisant face au risque inondation. Des exemples d’application simples sur d’autres réseaux sont également fournis dans les différentes parties du mémoire