Développement d'une approche territoriale pour la représentation de scénarios multirisques à l'aide de réseaux de Petri

Development of a territorial approach for the representation of multirisk scenarios using Petri nets

• Auteur / Autrice : Souhila Founas
• Direction : Corinne Curt, Stefan Haar
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INRAE RECOVER Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement

Mots clés

Mots clés libres

Réseaux de Petri

Multirisques

Modélisation

Petri nets

Multirisk

Modeling

Résumé

Au cours des dernières décennies, les catastrophes liées aux risques naturels n'ont cessé de se multiplier, notamment en raison de l'exposition croissante de la population urbaine mondiale. La prise en compte des risques technologiques aggrave encore ces chiffres. Un risque naturel peut également engendrer un risque technologique dans la même zone géographique et donner lieu à un événement « NaTech ». Enfin, le changement global est susceptible d'accroître l'exposition des populations en modifiant l'ampleur, la fréquence et la répartition spatiale des aléas. Le multirisque peut être défini comme un système complexe composé de différents aléas (naturels et/ou technologiques), qui peuvent agir en combinaison – avec ou sans coïncidence dans le temps – et avoir un impact sur des enjeux potentiellement dépendants. En effet, dans certaines conditions, différentes combinaisons de risques naturels et technologiques sont susceptibles de se produire : par ex. tremblement de terre suivi d'un tsunami, inondations impactant les installations, effet domino entre industries, effet cascade entre infrastructures. Ces aléas menacent les mêmes enjeux naturels et/ou d'origine humaine, chacun présentant des vulnérabilités économiques, sociales, techniques, humaines et environnementales. Des mesures de gestion des risques sont généralement mises en place pour réduire les impacts. Les catastrophes provoquées par l'ouragan Katrina aux États-Unis en 2005, ou l'ouragan Matthew en 2016 affectant la population d'Haïti qui ne s'était pas encore remise du séisme de 2010, ou encore le tremblement de terre, le tsunami et l'accident de la centrale électrique de Fukushima au Japon en 2011 (NaTech ) sont des exemples emblématiques d'événements multirisques. Cependant, des événements de moindre envergure sont également susceptibles de donner lieu à des cascades d'événements très préjudiciables aux communautés. To better understand this type of event and prevent them, a major challenge lies in the formalisation of knowledge and the representation of scenarios, from the triggering of the initiating event to the return to normalcy. The main goal of the Ph.D research is to develop an innovative approach based on Petri Nets to represent and analyze multi-hazard scenarios. The scientific questions covered are: -The collection of needs in terms of tools from stakeholders (e.g. risk managers, rescue services, local authorities), in a multiscale perspective (distinction between the area of occurrence of the hazard from the area of influence of the hazard); -The identification of the system components of the system (hazards, vulnerable and exposed issues, risk management measures). Initial work has been carried out in this direction, particularly on the basis of dependability approaches that will be used in this work, completed by interviews with stakeholders and data collection on case studies; -The modeling of multirisk scenarios based on discrete event/Petri nets. This modelling and its formal analysis allow revealing possible invariants and other hidden structures in the system dynamics, with the totality of direct and indirect risks, and their determining factors, intervention possibilities and stop points (if any). The approach and tools developed will have several interests: (i) awareness of multiple risks in a territory; (ii) formalisation and modelling of knowledge; (iii) simulation and assessment of impacts in support of management processes; (iv) communication and sharing of knowledge on the multi-hazard issue between different stakeholders (e.g. scientists, practitioners, decision-makers, insurers, citizens). This necessarily contributes to better disaster preparedness. Pour mieux comprendre ce type d'événements et les prévenir, un enjeu majeur réside dans la formalisation des connaissances et la représentation de scénarios, depuis le déclenchement de l'événement initiateur jusqu'au retour à la normale. L'objectif principal de la recherche doctorale est de développer une approche innovante basée sur les réseaux de Petri pour représenter et analyser des scénarios multi-aléas. Les questions scientifiques abordées sont : -Le recueil des besoins en outils auprès des acteurs (ex : gestionnaires de risques, services de secours, autorités locales), dans une perspective multi-échelle (distinction entre la zone d'occurrence de l'aléa et la zone d'influence de l'aléa) ; -L'identification des composantes du système (dangers, problèmes vulnérables et exposés, mesures de gestion des risques). Des premiers travaux ont été menés dans ce sens, notamment sur la base des approches de sûreté de fonctionnement qui seront utilisées dans ces travaux, complétées par des entretiens avec les parties prenantes et une collecte de données sur des études de cas ; -La modélisation de scénarios multirisques basés sur des événements discrets/réseaux de Petri. Cette modélisation et son analyse formelle permettent de révéler les invariants possibles et autres structures cachées dans la dynamique du système, avec l'ensemble des risques directs et indirects, et leurs facteurs déterminants, possibilités d'intervention et points d'arrêt (le cas échéant). La démarche et les outils développés auront plusieurs intérêts : (i) la conscience des risques multiples sur un territoire ; (ii) la formalisation et la modélisation des connaissances ; (iii) la simulation et l'évaluation des impacts à l'appui des processus de gestion ; (iv) la communication et le partage des connaissances sur la problématique multirisques entre les différentes parties prenantes (par exemple scientifiques, praticiens, décideurs, assureurs, citoyens). Cela contribue nécessairement à une meilleure préparation aux catastrophes.

In recent decades, disasters related to natural hazards have continuously increased, in particular due to the growing exposure of the world's urban population. The consideration of technological risks further aggravates these figures. A natural risk can also lead to a technological one in the same geographical area and result in a ''NaTech'' event. Finally, global change is likely to increase the exposure of populations through changes in the magnitude, frequency and spatial distribution of hazards. Multirisk can be defined as a complex system composed of different hazards (natural and/or technological), which can act in combination – with or without coincidence in time – and impact on potentially dependent issues. Indeed, under certain conditions, different combinations of natural and technological hazards are likely to occur: e.g. earthquake followed by a tsunami, flooding impacting facilities, domino effect between industries, cascade effect between infrastructures. These hazards threaten the same natural and/or man-made issues, each presenting economic, social, technical, human and environmental vulnerabilities. Risk management measures are typically put in place to reduce the impacts. Disasters caused by Hurricane Katrina in the United States in 2005, or Hurricane Matthew in 2016 affecting the population of Haiti which had not yet recovered from the 2010 earthquake, or the earthquake, tsunami and accident at the Fukushima power plant in Japan in 2011 (NaTech) are emblematic examples of multirisk events. However, smaller events are also likely to lead to cascades of events highly damaging to communities. To better understand this type of event and prevent them, a major challenge lies in the formalisation of knowledge and the representation of scenarios, from the triggering of the initiating event to the return to normalcy. The main goal of the Ph.D research is to develop an innovative approach based on Petri Nets to represent and analyze multi-hazard scenarios. The scientific questions covered are: -The collection of needs in terms of tools from stakeholders (e.g. risk managers, rescue services, local authorities), in a multiscale perspective (distinction between the area of occurrence of the hazard from the area of influence of the hazard); -The identification of the system components of the system (hazards, vulnerable and exposed issues, risk management measures). Initial work has been carried out in this direction, particularly on the basis of dependability approaches that will be used in this work, completed by interviews with stakeholders and data collection on case studies; -The modeling of multirisk scenarios based on discrete event/Petri nets. This modelling and its formal analysis allow revealing possible invariants and other hidden structures in the system dynamics, with the totality of direct and indirect risks, and their determining factors, intervention possibilities and stop points (if any). The approach and tools developed will have several interests: (i) awareness of multiple risks in a territory; (ii) formalisation and modelling of knowledge; (iii) simulation and assessment of impacts in support of management processes; (iv) communication and sharing of knowledge on the multi-hazard issue between different stakeholders (e.g. scientists, practitioners, decision-makers, insurers, citizens). This necessarily contributes to better disaster preparedness.