Évaluation de la susceptibilité multi-aléas en zones karstiques : étude de cas dans le Val d'Orléans, France

Multi-hazard susceptibility assessment in karst areas: a case study in the region of Orléans, France

• Auteur / Autrice : Hedieh Soltanpour
• Direction : José Serrano
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Aménagement
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Société : Territoires, Économie et Droit (Centre-Val de Loire ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cités Territoires Environnement et Sociétés (Tours ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DATE - Dynamique et Action Territoriales et Environnementales
• Jury : Président / Présidente : Sven Fuchs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Serrano, Joel Gill, Kamal Serrhini, Vanessa Banks
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sven Fuchs, Vanessa Banks

Mots clés

Mots clés libres

Multi-aléas

Interrelations entre les aléas

Zones karstiques

Inondations et effondrements

Maximum Entropy model

Implication des parties prenantes experts

Natural multi-hazards

Multi-hazard interrelationships

Karst areas

Flood and sinkholes

Maximum Entropy model

Expert stakeholder engagement

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à l'amélioration de la gestion des risques multi-aléas dans les terrains karstiques, en développant et en évaluant une carte intégrée de susceptibilité multi-aléas pour deux dangers interconnectés (dolines déclenchées par des inondations), en utilisant un algorithme d'apprentissage automatique peu exploré (Maximum Entropy, MaxEnt). L'efficacité de la carte est évaluée via les retours d'experts locaux recueillis par un sondage en ligne. Cette thèse intègre donc deux volets : la modélisation d'une carte de susceptibilité multi-aléas et l'engagement des parties prenantes pour son évaluation. Cette recherche est motivée par une lacune mondiale dans la reconnaissance des terrains karstiques comme zones à risques multiples et par le besoin d'évaluations multi-aléas dans la planification de la réduction des risques en France. La thèse est divisée en six chapitres : Le chapitre 1 introduit la thèse en résumant son objectif, son contenu et en exposant le contexte de la recherche, la motivation, les buts, les objectifs et le plan. Le chapitre 2 propose une introduction au concept de modélisation multi-aléas, suivie d'une revue critique des études sur les dolines, la constitution d'une base de données bibliographique et l'identification des lacunes actuelles dans les évaluations des risques liés aux dolines. La revue critique, basée sur 241 articles publiés dans des revues internationales, permet de classer les études sur les dolines en sept thématiques principales. Ce chapitre se termine par une analyse des recherches actuelles sur les dolines dans le monde et des travaux antérieurs réalisés dans la zone d'étude, justifiant cette recherche. Le chapitre 3 détaille le design de recherche et la méthodologie, avec un accent particulier sur l'algorithme MaxEnt et la présentation du Val d'Orléans comme zone d'étude. Il se compose de quatre sections : la section 3.2 explore les principes de l'algorithme MaxEnt, ses origines historiques et ses applications dans la modélisation des aléas naturels. La section 3.3 décrit les caractéristiques géographiques, géologiques et hydrogéologiques du Val d'Orléans, soulignant sa vulnérabilité aux dolines et inondations et la nécessité d'une cartographie régionale. La section 3.4 explique la collecte des données, y compris la mise en œuvre de MaxEnt, la sélection des variables géo-environnementales, le traitement des données et la configuration du logiciel. La section 3.5 décrit la préparation des données pour la modélisation des dolines déclenchées par les inondations, détaillant le formatage des données, l'ajustement des paramètres et les stratégies de partitionnement, en soulignant la rigueur méthodologique nécessaire pour une modélisation précise des risques. Le chapitre 4 présente les résultats de la modélisation MaxEnt. La présentation suit une progression logique pour approfondir la compréhension des prévisions du modèle. Le chapitre 5 se concentre sur le processus d'évaluation, explorant les perceptions des experts sur les événements multi-aléas, évaluant la carte produite au chapitre 4 et recueillant les avis sur la gestion des risques d'inondation et de dolines dans la région. Il examine également l'intérêt pour un document DICRIM dédié aux interactions multi-aléas. Les résultats sont essentiels pour établir une feuille de route d'amélioration, intégrant les retours des experts, avec un accent sur la cartographie, la sensibilisation et la promotion d'une approche intégrée des risques. Le chapitre 6, conclusif, résume la thèse en regroupant les principales conclusions et discussions.

The core aim of this thesis is to contribute to improving multi-hazard risk management in the context of karst terrains by developing and evaluating an integrated multi-hazard susceptibility map of two interrelated hazards (flood-triggered sinkholes) using a less-explored machine-learning algorithm (Maximum Entropy, (MaxEnt)). Additionally, the effectiveness of the resultant map is assessed through feedback from local experts using an online survey. Therefore, this thesis integrates two research components: (i) multi-hazard susceptibility map modelling, and (ii) stakeholder engagement and evaluation. This research is motivated by the global gap in perceiving karst terrains as multi-hazard areas (evidenced in this thesis) and the need for multi-hazard assessments in French disaster risk reduction planning. The current thesis is divided into six chapters as follows: Chapter 1, as an introductory chapter, summarizes the purpose and contents of the thesis and discusses briefly the research background, motivation, aims and objectives and research outline. Chapter 2 presents the introduction to the multi-hazard concept and modelling followed by a critical literature review of the studies on sinkholes constructing a literature database and identifying the current gap in sinkhole hazard assessments. I use my literature database to demonstrate current understanding and perceptions relating to this thesis topic. My critical review identifies 241 papers published in international scientific journals, following an approach of being representative not exhaustive. These papers were classified into seven thematic subjects for the sinkhole hazard studies. It concludes with a review of the current sinkhole studies worldwide and the previous work done in the study area justifying the need for this research. Chapter 3 presents a detailed research design and methodology focused on applying the Maximum Entropy algorithm, alongside introducing Val d'Orléans as the case study area. It consists of four core sections; Section 3.2 delves into the foundational principles of the MaxEnt algorithm, exploring its historical roots and applications in natural hazard science, emphasizing its effectiveness in modeling natural phenomena using presence-background data. Section 3.3 describes the unique geographical, geological, and hydrogeological characteristics of Val d'Orléans, highlighting its susceptibility to hazards such as sinkholes and floods and the need for a regional multi-hazard mapping. Section 3.4 outlines the data collection processes, detailing the implementation of MaxEnt, selecting geo-environmental variables, processing data, and configuring the software for optimal performance. Section 3.5 explains the preparation of data for modeling flood-triggered sinkhole occurrences, including data formatting, parameter tuning, and data partitioning strategies, emphasizing the methodological rigor required for accurate hazard modeling in our research. Chapter 4 presents the results of MaxEnt modeling. The sequence of results is structured to build understanding of the model's forecasts progressively. Chapter 5 focuses on the stakeholder engagment process aimed at examining expert stakeholder awareness and perceptions of multi-hazard events, evaluating the produced multi-hazard susceptibility map presented in Chapter 4, and understanding participants' perspectives on the ownership and pervasive nature of flooding and sinkhole hazards in the area. Additionally, it explores participants' views on establishing a dedicated DICRIM document for multi-hazard interactions. The results of this study are crucial for creating an improvement roadmap, integrating qualitative evidence and expert feedback, with an emphasis on multi-hazard mapping, awareness, and fostering multi-hazard thinking. Chapter 6 is a concluding chapter. Within this final chapter, we provide a summary of the thesis, encapsulating the main findings and discussions from the earlier chapters.