Analyse de sensibilité des incertitudes paramétriques dans les évaluations d’aléas géotechniques

Importance ranking of parameter uncertainties in geo-hazard assessments

• Auteur / Autrice : Jérémy Rohmer
• Direction : Thierry Verdel, Jack-Pierre Piguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 16/11/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Anne Gégout-Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Grandjean
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michael Beer, Michael Oberguggenberger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Estimation de paramètres

Risques sismiques

Modèles en géologie

Sensibilité, Théorie de la (mathématiques)

Mots clés libres

Analyse de sensibilité

Manque de connaissances

Paramètre de modèle

Simulateur couteux en temps de calcul

Série temporelle

Ensemble flou

Sensitivity Analysis

Lack of Knowledge

Model Parameter

Long-Running Simulators, Time-Varying Parameters

Fuzzy Sets

Résumé

Les incertitudes épistémiques peuvent être réduites via des études supplémentaires (mesures labo, in situ, ou modélisations numériques, etc.). Nous nous concentrons ici sur celle ''paramétrique'' liée aux difficultés à évaluer quantitativement les paramètres d’entrée du modèle utilisé pour l’analyse des aléas géotechniques. Une stratégie de gestion possible est l’analyse de sensibilité, qui consiste à identifier la contribution (i.e. l’importance) des paramètres dans l’incertitude de l’évaluation de l’aléa. Des approches avancées existent pour conduire une telle analyse. Toutefois, leur application au domaine des aléas géotechniques se confronte à plusieurs contraintes : 1. le coût calculatoire des modèles numériques (plusieurs heures voire jours) ; 2. les paramètres sont souvent des fonctions complexes du temps et de l’espace ; 3. les données sont souvent limitées, imprécises voire vagues. Dans cette thèse, nous avons testé et adapté des outils statistiques pour surmonter ces limites. Une attention toute particulière a été portée sur le test de faisabilité de ces procédures et sur la confrontation à des cas réels (aléas naturels liés aux séismes, cavités et glissements de terrain)

Importance ranking of parameter uncertainties in geo-hazard assessments Epistemic uncertainty can be reduced via additional lab or in site measurements or additional numerical simulations. We focused here on parameter uncertainty: this corresponds to the incomplete knowledge of the correct setting of the input parameters (like values of soil properties) of the model supporting the geo-hazard assessment. A possible option tomanage it is via sensitivity analysis, which aims at identifying the contribution (i.e. the importance) of the different input parameters in the uncertainty on the final hazard outcome. For this purpose, advanced techniques exist, namely variance-basedglobal sensitivity analysis. Yet, their practical implementation faces three major limitations related to the specificities of the geo-hazard domain: 1. the large computation time cost (several hours if not days) of numerical models; 2. the parameters are complex functions of time and space; 3. data are often scarce, limited if not vague. In the present PhD thesis, statistical approaches were developed, tested and adapted to overcome those limits. A special attention was paid to test the feasibility of those statistical tools by confronting them to real cases (natural hazards related to earthquakes, cavities and landslides)