Etude et modélisation des phénomènes d’(inter)dépendances et de défaillances en cascade au sein des réseaux techniques urbains : vers une aide à la décision pour une application à l’agglomération parisienne face à une crue majeure

The functioning of urban area is based on technical services and networks which are always more expanded, complex, dense and sophisticated. These networks, although efficient and robust in their day-to-day management, are vulnerable to major hazards and dependent on one another. Phenomena of cascading failures can then occur within these complex systems, whether at technical or organizationel level. This propagation of system-to-system failures is done through dependencies and leads to the gradual aggravation of the impacts of the initial event and the increase of the impacted area, making recovery processes more difficult and slower. The definition and characterization of these phenomena underline their importance, their complexity, their criticality, and paradoxically the lack of information related to them. These conclusions lead us to consider the interest of their study, whether before or after their occurrence, empirically or through models, in order to help stakeholders identify and predict cascading scenarios, or to consider palliatives solutions and vulnerability reduction actions. The state of the art shows that the study and modelling approaches are very varied, due to the methodologies used but also due to the absence of common definitions and the diversity of contexts. A comparative analysis for selection and application purposes seems to be delicate for a potential leading stakeholder. First, we propose a characterization of these approaches according to parameters that may correspond to the choice criteria. We then propose a more theoretical typology of these approaches, complementary to the characterization of the modeling theories used in the literature. Faced with the challenges posed by the implementation process, we are looking into the question of choosing and developing an appropriate approach for a given context, with the aim of supporting local decision-makers. The aim is to help the leaders to build an approach capable of meeting the needs and objectives of local stakeholders, despite their constraints, to operate with potentially very diverse and imperfect data, to adapt to spatial-temporal resolutions and variable granularities, but also to take advantage of the knowledge acquired by local actors and the tools and resources available. Finally, we propose several standard profiles of approaches, characterized according to the objectives pursued and the context of implementation. An application is then carried out on the Paris metropolitan area, where the risk of major flooding is particularly likely and feared. The aim is to provide elements to improve the consideration and prediction of interdependencies and cascading failures, through an in-depth context analysis, meetings with stakeholders and a survey of network operators. Proposals are made concerning feedbacks analysis and concerning vulnerability mapping currently used. The foreseeable needs for the implementation of a more substantial approach are also identifiedLe fonctionnement des espaces urbains actuels repose sur des services et réseaux techniques toujours plus étendus, complexes, denses et perfectionnés. Ceux-ci, bien que performants et robustes dans leur gestion quotidienne, sont vulnérables aux aléas majeurs et dépendants les uns des autres. Des phénomènes de défaillances en cascade peuvent alors survenir au sein de ces systèmes complexes, que ce soit au niveau technique ou organisationnel. Cette propagation des défaillances d’un système à d’autres se fait par le biais de dépendances et entraîne l’aggravation progressive des impacts de l’événement initial et l’accroissement de la zone impactée, rendant les processus de relèvement plus difficiles et plus lents. La définition et la caractérisation de ces phénomènes permettent de souligner leur importance, leur complexité, leur criticité, et paradoxalement le manque d’informations qui s’y rapportent. Ces observations nous amènent à considérer l'intérêt de leur étude, que ce soit avant ou après leur survenue, de façon empirique ou via des modèles, dans le but d’aider les parties prenantes à identifier et prévoir des scénarios de cascades, d’envisager des solutions palliatives ou des actions de réduction de la vulnérabilité. L’état de l’art effectué démontre que les démarches d’étude et de modélisation existantes sont très variées, de par les méthodologies utilisées mais aussi de par l’absence de définitions communes et la diversité des contextes. Une analyse comparative à des fins de sélection et d’application semble en l’état délicate pour un porteur opérationnel potentiel. Nous proposons tout d’abord une caractérisation de ces démarches selon des paramètres susceptibles de correspondre aux critères de choix potentiels. Nous proposons également une typologie plus théorique de ces démarches, complémentaire à la caractérisation des théories de modélisation utilisées dans la littérature. Face aux défis posés par le processus de mise en œuvre, nous nous penchons sur la question du choix et du développement d’une démarche appropriée pour un contexte donné, dans l’objectif de soutenir les décideurs locaux. Il s’agit alors d’aider le porteur à construire une démarche capable de répondre aux besoins et objectifs des parties prenantes locales malgré leurs contraintes, de fonctionner avec des données potentiellement très diverses et imparfaites, de s’adapter à des résolutions spatio-temporelles et des granularités variables, mais aussi de tirer parti des connaissances acquises par les acteurs locaux et des outils et ressources disponibles. Nous proposons finalement plusieurs profils-types de démarches, caractérisés selon les objectifs poursuivis et le contexte de mise en œuvre. Une application est ensuite réalisée sur l’agglomération parisienne, où le risque de crue majeure est particulièrement probable et redouté. L’objectif est d’apporter des éléments pour améliorer la prise en compte et la prévision des phénomènes étudiés, par le biais d’une analyse approfondie du contexte, de rencontres avec les parties prenantes et d’une enquête auprès des opérateurs de réseaux. Des propositions sont faites concernant l’établissement de retours d’expérience et les cartographies de vulnérabilité utilisées actuellement. Les besoins prévisibles quant à la mise en œuvre d’une démarche plus substantielle sont également identifié