Vers une démarche de conception de systèmes d'information pour la traçabilité des données : application aux processus d'expertise des risques naturels en montagne

Towards an approach for designing information systems for data traceability : application to the expertise processes of natural hazards in mountain areas

• Auteur / Autrice : Laure Vidaud-Barral
• Direction : François Pinet, Jean-Marc Tacnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/02/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (France ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture. Technologies et systèmes d’information pour les agrosystèmes
• Jury : Président / Présidente : Myriam Mokhtari Merad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Jousselme, Cédric Bouhours
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ahmed Lbath, Patrick Meyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'aide à la décision

Mots clés libres

Risques naturels

Avalanches

Expertise

Imperfection des données

Traçabilité

Processus de décision

Aide multicritère à la décision

Validation

Jeux sérieux

Ingénierie des connaissances

Conception informatique

Ingénierie des modèles

Profils UML

Natural risks

Avalanches

Expertise

Data imperfection

Traceability

Decision process

Multi-criteria decision support

Validation

Serious games

Knowledge engineering

Computer design

Model-driven engineering

UML profiles

Résumé

La gestion de l'environnement et des risques naturels concerne l'ensemble des territoires, la population et les activités socio-économiques. Elle implique de nombreux acteurs notamment des élus, experts, gestionnaires, acteurs économiques. Ils relèvent de l'État, des collectivités ou des opérateurs d'infrastructures critiques en vue d'assurer la sécurité des biens et des personnes. Ils sont souvent amenés à prendre des décisions difficiles en considérant les vulnérabilités humaines, sociales, et économiques. Ces décisions sont l'aboutissement d'un processus d'évaluation complexe, réalisé sur la base d’informations provenant de sources diverses inégalement fiables, de nature hétérogène et imparfaite (imprécisions, contradictions, etc.). Quelle décision prendriez-vous quant au maintien des accès ou de la coupure des axes de transport ? Pourriez-vous décrire le processus de raisonnement qui vous a amené à prendre une décision plutôt qu'une autre ? Comment pourriez-vous la justifier auprès de citoyens ou de magistrats et enfin, comment évalueriez-vous et considéreriez-vous l'influence de qualité de l'information sur votre décision ? Cette thèse propose de contribuer à combler un manque de méthodologies de conception spécifiques pour décrire les processus puis construire des systèmes d'information capables de capturer et de représenter les liens entre la qualité des informations et les décisions. Au travers d’un exemple d’application relatif à la gestion d’une route exposée à un phénomène avalanche, cette thèse propose une méthodologie originale basée sur la conception et l'exploitation de jeux sérieux pour aider, améliorer et tracer le processus de décision en tenant compte de l'influence de la qualité des informations mais aussi implémenter la conception des systèmes d'information associés. Le jeu sérieux est pensé comme un observatoire du processus de décision dont on maîtrise tous les éléments en étant capable de capturer les informations qui sont recherchées, analysées puis évaluées par des joueurs mis en situation de prise de décision. Au-delà de l’outil ludique d’apprentissage, la conception même du jeu sérieux constitue une façon d'appréhender la complexité et la multitude des critères qui interviennent dans le processus de décision. Cela contribue à l’amélioration de l’élicitation des processus. D'un point de vue informatique, les développements visent ici à garantir la réutilisabilité et la généricité des méthodologies de conception pour s'adapter aux besoins du domaine thématique de l'aide à la décision. Nous proposons, une méthodologie (basée sur l'ingénierie des modèles) de conception d'outils informatiques dédiés à la traçabilité des informations (avec leur niveau de qualité). Une bibliothèque de profils UML est mise à disposition pour soutenir cette démarche en offrant un cadre de modélisation pour les processus de décision. Chaque profil UML correspond à un objectif particulier : la structure du jeu sérieux attendu, la traçabilité des informations, la prise en compte d'un niveau d'imperfection des données ou la construction d'une référence experte d'analyse de risque. Afin de réaliser des expérimentations, notre approche a été implémentée dans une chaîne logicielle au travers de deux cas d’étude. (...)

Management of environment and natural risks concerns all the territories, population and socio-economic activities. It involves many actors, in particular elected officials, experts, managers, economic actors. They belong to States' administration, authorities, operators of critical infrastructures, in order to ensure the security of exposed people and assets. They are often expected to make difficult decisions considering human, social, and economic vulnerabilities. These decisions are the outcome of an complex evaluation process carried out on the basis of a great amount of heterogeneous and imperfect information (vagueness, conflict, etc.) provided by numerous sources which may be unequally reliable. What decision would you make regarding maintaining access or cutting off transport routes? Could you describe the reasoning process that led you to make one decision over another? How could you justify in front of citizens or magistrates and lastly, how would you assess and consider the influence of quality of information on your decision?It proposes to help filling a lack of specific design methodologies for describing the processes and then building information systems capable of capturing and representing the links between the quality of information and decisions. With an example of application related to the management of a road exposed to snow avalanche, this thesis offers an original methodology based on the design and operation of serious games, to help and improve the decision-making process taking into account the influence of the quality of information, and also to implement the design of the associated information systems. Serious gaming is thought of as an observatory of the decision-making process. Each of its elements is registered, allowing capturing the information that is sought, analyzed and then used by players placed in a decision-making situation. It thus makes it possible to improve players' technical skills and knowledge. Beyond the fun learning tool, the conception of a serious game constitutes therefore a way to understand the complexity and the multitude of criteria used in an expert assessment and related to decision-making processes. This contributes to improve the elicitation of the processes. From a computational point of view, the developments here aim to guarantee the reusability and genericity of design methodologies to adapt to the needs of the thematic area of decision support. We propose a methodology (based on model-driven engineering) for the design of computer tools dedicated to the traceability of information (with level of quality). A library of UML profiles is made available to support this approach by providing a modeling framework for decision-making processes. Each UML profile corresponds to a particular objective: the structure of the expected serious game, the traceability of information, the consideration of data imperfection or the construction of an expert risk analysis reference. In order to carry out experiments, our approach was implemented in a software design process. Our approach is illustrated by its application on two case studies. Finally, the combination of serious gaming, multi-criteria decision support and computer design constitutes a multidisciplinary contribution to existing work in the field of decision support applied to risk management and in the field of information system design. It addresses the significant and recurring issues of information traceability, information quality level, the relevance of the decisions taken and the choice of strategies for the design of dedicated information systems. It helps to improve the understanding of the decision-making process but also to capitalize on information and processes, hoping ultimately to help produce better decisions.