Tesi sul tema "Modélisation des catastrophes"

Les catastrophes naturelles sont des aléas par nature complexes et générateurs de lourdes pertes, notamment dans le secteur agricole. Il en résulte une assurabilité limitée qui engendre des mécanismes de couverture incomplets. Pour y remédier, nous développons une combinaison innovante d’outils assurantiels et financiers adaptés à la couverture des différentes facettes des risques naturels. Notre application se focalise sur l’assurance récolte en voie de réforme en France. Le raisonnement s’articule autour de quatre parties : une revue de la littérature sur les risques naturels et les instruments de couverture associés, une étude de cas sur les bassins versants français affectés par le risque d’inondation, l’élaboration d’un modèle théorique visant à assurer une couverture optimale, complétée par des tests et des illustrations empiriques
Natural catastrophes are complex hazards which generate major losses, especially in the agricultural sector. As a result, their insurability is limited and the insurance market is incomplete. Facing these limitations, we develop an innovative combination of insurance and financial instruments adapted to the coverage of the different aspects of natural risks. Our application focuses on crop insurance which is being reformed in France. The thesis is organized in four main parts: the first part presents a survey of literature on catastrophic risks and the potential insurance and financial instruments. The second part exposes a case study on flood risk management at the river-basin scale. In a third part, we develop a theoretical model that tends to offer an optimal coverage against catastrophic risk. The fourth part consists in an empirical validation of the model performing regressions and a full set of tests

La thèse est consacrée à la recherche des catastrophes marines (tsunamis, ondes de tempête) dans les Antilles françaises, en utilisant des modèles analytiques et numériques de mécanique des fluides. L'accent est mis sur le développement de modèles de mouvement de glissements de terrain et des vagues causées par ces glissements. Le modèle le plus simple du glissement de terrain «solide block» est utilisé pour évaluer les caractéristiques des flux pyroclastiques du volcan Soufrière-Hills (Montserrat). Un modèle plus complexe de modélisation de glissement de terrain (modèle de Savage-Hutter) a été étudié analytiquement, donnant ainsi une nouvelle famille de solutions exactes décrivant le mouvement de l'écoulement par gravité non linéaire dans une vallée ou dans un canyon sous-marin. Le modèle comprend des ondes simples (Riemann waves),le cas d'un barrage qui cède (dam-break problem), des solutions auto-similaires dans la M-fonne et « chapeaux paraboliques ». Grâce à la théorie linéaire de l'eau peu profonde nous avons étudié le processus de génération de tsunamis par des glissements de terrain de volume variable, se déplaçant à une vitesse variable dans un bassin de profondeur variable. Dans le cas d'un fond marin particulier (cas sans "réflexion"), les phénomènes de résonnance ont été étudiés dans un bassin à profondeur variable. Nous avons utilisé des méthodes numériques pour la résolution non-linéaire des équations des eaux peu profondes afin d'analyser des catastrophes marines réelles (les ondes de tempête causées par le cyclone Lili en 2002, le tsunami volcanique de 2003 à Montserrat) et probables (un tsunami prés des côtes de la Martinique). Des données sur les catastrophes
The dissertation is devoted to research in the field of marine natural hazards (tsunamis, storm surges) in the French West Indies, using analytical and numerical models of fluid mechanics. Emphasis is placed on the development of models of landslide motion and generated tsunami waves. The simple "solid block" model is used to evaluate the characteristics of pyroclastic flow Soufriere Hills volcano (Montserrat). The "fluid model" of a landslide (so called Savage-Hutter model) is studied analytically; within this model a new family of exact solutions that describe the motion of nonlinear gravity flow in a valley or underwater canyon is found: nonlinear Riemann wave, dan break problem, self-similar solutions (M - wave and parabolic cap). In the framework of the linear shallow water theory the process of generation of tsunami waves by landslides of variable volume moving with variable velocity above the basin of variable depth is studied. For the specific bottom profile ("reflectionless" one) the resonant phenomena is investigated in the basin of variable depth. Numerical methods are used to analyze marine hazards: historical (storm surges, caused by Cyclone LILI in 2002; volcanic tsunami 2003 on Montserrat) and possible events (possible tsunami of the coast of Martinique). Various data on marine natural disasters are obtained during field surveys (volcanic tsunami in 2003, stonn surges caused by Hurricane Dean in 2007). Designed catalogs of tsunamis and storm surges are created based on results of numerical modeling and field studies; some statistical analysis is perfomed

Les travaux présentés s’inscrivent dans le cadre des études menées par la Caisse centrale de réassurance (CCR) pour modéliser les événements catastrophes naturelles et en particulier le péril sécheresse. La sécheresse est le nom utilisé couramment pour désigner les dommages aux bâtiments causés par le phénomène de retrait-gonflement des argiles. Les recherches effectuées sont en lien avec un modèle d’estimation du coût annuel d’un événement sécheresse conçu en interne à CCR. Celui-ci croise des données assurantielles et des données d’humidité du sol pour estimer le coût d’un événement survenu. CCR souhaite faire évoluer ce modèle vers une version probabiliste qui consiste à concevoir un générateur d’événements fictifs, non nécessairement survenus mais possibles d’un point de vue physique. Ce générateur doit permettre notamment d’estimer la distribution de probabilité du coût d’une sécheresse potentielle. Afin de concevoir un générateur d’événements fictifs pour le modèle sécheresse de CCR, nous avons étudié puis mis en oeuvre différents outils mathématiques permettant de modéliser la dépendance de variables aléatoires spatio-temporelles. La méthode choisie consiste à étudier et modéliser séparément la dépendance spatiale et la dépendance temporelle. Pour modéliser la dépendance temporelle, les modèles retenus sont des modèles classiques utilisés pour les séries temporelles. Nous décomposons les séries temporelles des observations en identifiant tendance et saisonnalité puis en ajustant un modèle autorégressif aux résidus. Pour modéliser la dépendance spatiale, notre choix s’est porté sur le krigeage et sur la théorie des copules. Les copules permettent de générer du bruit spatial pour ensuite lui appliquer les modèles de séries temporelles univariées. Le krigeage nous sert à interpoler spatialement les données générées dans le cas où une sélection de sites a été effectuée pour diminuer la dimension spatiale du problème. L’exploitation du générateur, pour laquelle nous donnons quelques résultats, va servir à CCR pour ses politiques de provisionnement et de tarification, et s’intègre également dans l’estimation de la charge deux-centennale liée aux catastrophes naturelles dans le cadre de la directive européenne Solvabilité II
This work was performed at CCR, a French reinsurance company, within the studies that are conducted to model natural disasters, and particularly the drought hazard. Drought is the word used to denote the shrink-swell clay phenomenon that damages individual houses. These researches are related to an internal model that estimates the annual cost of a drought. This model crosses insurance data and soil moisture data to evaluate the cost of a occured event. CCR wants this model to be improved towards a probabilistic version by conceiving a generator of drought events that have to be realistic, although they are fictive. This generator will allow the estimation of the probability distribution of the drought cost. In order to conceive a fictive event generator for CCR’s drought model, mathematical tools have been used to model dependence between spatio-temporal random variables. The chosen method consists of studying and modeling separately spatial dependence and temporal dependence. Temporal dependence is modelized with time series models such as classical decomposition and autoregressive processes. Spatial dependence is modelized with kriging and copula theory. Spatial random noise is generated with a copula and then time series models are applied to rebuild original process. Kriging is used when generated data need to be interpolated, for example when data are generated only on a subset of the main grid. Results of the generator exploitation are given. They will be used by CCR for provisionning and pricing. These results will also be used for the estimation of the two-hundred-year cost of natural disasters within the new European Solvency II Directive

Les travaux de cette thèse se situent dans le cadre de l'élargissement du périmètre des impacts estimés par le modèle inondation de la Caisse Centrale de Réassurance (CCR). Le premier chapitre nous a permis de comprendre les différents impacts d'une inondation, leurs interdépendances et d'en conclure une classification des impacts. A partir de cela, nous proposons un modèle global construit par chaînage de modélisation des impacts où les outputs des différents modèles servent d'inputs pour les modèles suivants. Cette démarche permettra d'avoir une répartition des impacts par poste et une compréhension des effets en cascade des dommages directs vers les effets macro-économiques. Le chapitre 2 s'intéresse à la modélisation des dommages aux véhicules sous le cahier des charges de CCR. Les différentes conditions à respecter sont : la modélisation pour le péril inondation seul et du risque automobile seul, la modélisation pour un événement particulier et pour la charge totale annuelle. L'étude de ce risque, nous a permis de décrire, d'implémenter, d'identifier les problèmes et possibles améliorations de différentes approches de modélisation, à savoir : - une régression linéaire, la méthodologie aujourd'hui utilisée par CCR, - une modélisation fréquence x sévérité associée à la théorie des valeurs extrêmes, très utilisée dans le monde de l'assurance, - une modélisation physique sur exposition, démarche déjà adoptée à CCR pour les dommages au bâti. Nous nous sommes donc appuyés sur le modèle d'aléa inondation CCR et avons développé les modules de vulnérabilité et de dommages propres à ce risque. CCR étant chargée de la gestion comptable et financière du Fonds National de Gestion des Risques en Agriculture pour le compte de l'Etat, les travaux se sont poursuivi, dans le chapitre 3, par la modélisation du risque agricole. A partir d'un état de l'art sur la modélisation des conséquences agricoles des inondations, une modélisation de ce risque est proposée et implémentée. Le modèle s'intègre dans la démarche de modélisation physique sur exposition développée à CCR. Le travail a porté sur le développement des modules de vulnérabilité et de dommages spécifiques à l'agriculture. Le modèle de vulnérabilité a été développé à partir du registre parcellaire graphique et le module de dommages a été développé à partir des courbes de dommages à l'agriculture développées par le groupe de travail national Analyse Multi-Critères inondation à travers les travaux de l'IRSTEA. Le modèle d'aléa utilisé est le modèle développé par CCR depuis 2003. Le dernier chapitre est pensé comme une base technique pour CCR afin de pouvoir continuer les travaux d'élargissement du périmètre des impacts modélisés. Tout d'abord, un état des lieux des travaux réalisés (risques automobile et agricole) et en cours (pertes d'exploitations consécutives à un dommage direct) est réalisé et replacé dans le contexte de la modélisation globale des impacts proposée à CCR. Pour les impacts non traités, nous présenterons les problématiques de modélisation, un court état de l'art et les conclusions que nous en avons tirées en terme de modé
This research was conducted within the framework of the Caisse Centrale de Réassurance's (CCR) R&D objective - to widen the scope of impacts estimated by its flood impact model. In chapter one, we study the various impacts of a flood and their interdependencies in order to create a classification of impacts. This classification allows us to design the architecture of a global impact model built from linking specific impacts models where the outputs of one model are the inputs of the following one. This approach generates an estimation with a breakdown by type of impact. It also allows us to understand the domino effects from the direct damage to the macroeconomic impacts. In chapter two, we study models for car damages according to CCR's specifications. The requirements are: the model should be independent from other natural catastrophes and impacts estimations and it should be able to model both a specific event and the total annual load. Through this work we describe, implement, and identify issues with possible improvements of three modelling approaches: - a simple linear regression, CCR's presently used method, - a frequency x severity model associated to the extreme value theory, widely used in the insurance business sector, - a model that pairs a physical model with exposure through damage curves. CCR already uses this approach to estimate damage to buildings. Hence, we are using CCR's flood hazard model and develop an exposure model and a damage model specific to cars. CCR is in charge of the accounting management of the Agricultural National Risk Management Fund on behalf of the State. Hence, chapter three contains state of the art modeling solutions for this risk and description of the designed model and its implementation. A vulnerability model and a damage model specific to the agricultural risk are developed and paired with CCR's flood hazard model. The vulnerability model uses the Graphic Parcel Register database. The damage model is based on the damage curves developed by IRSTEA for the national think tank on flood cost-benefit analysis. Chapter four is a technical document that will allow CCR to continue the development of the global model. It presents a situational analysis of what has been done (cars and agricultural risks) and of ongoing works (business interruption due to direct damage). For the remaining impacts, it presents the modeling issues, a short research review and the conclusions reached in terms of modeling

Cette thèse s’intéresse, d'une part, à la mesure et à la description des flux de MES dans un petit bassin versant agricole, d'autre part, à leur mise en relation avec les origines des MES, les déterminants climatiques et l’ordre des cours d’eau. Les flux de MES sont suivis depuis plusieurs années à l’exutoire du bassin versant du Moulinet (4,5 km2, Basse- Normandie) ; l’Oir, rivière d’ordre supérieur (bassin de 87 km2), a été instrumentée dans le cadre de cette thèse. Outre la mesure du charriage qui permet de déterminer le critère de mobilisation des particules du fond du ruisseau, la mesure des [MES] à partir de la turbidité a été approfondie. La dynamique temporelle des MES a été analysée par différentes approches (relation [MES]-débit, statistique, modélisation) à différentes échelles de temps (année, saison et mois, jour, crue). Une première comparaison de fonctionnement hydrologique entre le bassin versant du Moulinet et de l’Oir a été aussi réalisée
The study was performed on the Moulinet and the Oir streams watershed, in Lower-Normandie region. The watershed area is 4,53 km2 and 87 km2 respectively. The main objectives are: 1) to measure and describe the temporal dynamics of the SSC, and 2) to relate these dynamics with the SS origins, the climatic determinants and the stream's order. The measuring of bed-load premises to determine the criterion for mobilizing particles from stream's bottom. The measurement of suspended sediment concentration (SSC) through the water turbidity was deepened. The SSC temporal dynamics was analyzed by different approaches: relationship SSC-discharge, statistic analysis and modeling with different time scale (year, month, season, day and flood scale). A first comparison of the hydrological response between the catchment of Moulinet and the Oir was presented

Cette thèse est consacrée à l'anticipation de l'impact financier sur les biens assurés de la survenance d'un événement de sécheresse grâce au recours à des méthodes au croisement de la statistique et du machine learning. Le terme sécheresse désigne ici le phénomène de retrait-gonflement des argiles provoquant des dommages aux bâtiments. L'exercice peut être décomposé en deux sous-problèmes que nous abordons tour à tour. Le premier sous-problème considère plus spécifiquement la tâche consistant à prédire quelles communes formuleront une demande de reconnaissance de l'état de catastrophe naturelle au titre de l'événement sécheresse. Le second est consacré à la prédiction de l'impact financier de l'événement sécheresse sur les biens assurés situés dans les communes reconnues en état de catastrophe naturelle. Dans le cadre du premier sous-problème, nous développons, étudions et appliquons un algorithme original pour la prédiction des demandes de reconnaissance de l'état de catastrophe naturelle. L'algorithme bénéficie de deux formalisations complémentaires de la tâche d'intérêt, abordé sous l'angle de la classification supervisée et comme un problème de transport optimal. Les prédictions finales sont obtenues comme moyenne géométrique des deux types de prédictions. Théoriquement, le plan de transport optimal peut être obtenu en appliquant l'algorithme iPiano [Ochs et al., 2015], dont nous prouvons que les hypothèses qui sous-tendent son analyse sont bien vérifiées. L'analyse des prédictions obtenues démontre la pertinence de l'algorithme. Dans le cadre du second sous-problème, nous développons, étudions et appliquons un algorithme original d'agrégation d'algorithmes inspiré du Super Learner [van der Laan, 2007]. Deux écueils doivent être pris en compte. D'une part, parce que le péril sécheresse n'est couvert par le régime d'indemnisation des catastrophes naturelles français que depuis 1989, le nombre d'événements sécheresse sur lesquels nous pouvons entraîner notre algorithme est réduit, chaque événement sécheresse se voyant associer un jeu de données de grande taille. D'autre part, à la dépendance temporelle s'ajoute une dépendance spatiale due notamment aux proximités géographique et administrative entre communes françaises. Fondée sur une modélisation de la dépendance à l'aide d'un graphe de dépendance, l'étude théorique révèle que la brièveté de la série temporelle peut être compensée si la dépendance spatiale est faible. De nouveau, l'analyse des prédictions obtenues démontre la pertinence de notre algorithme
This Ph.D. thesis is dedicated to forecasting the financial impact on insured properties in the event of drought, utilizing methods that merge statistics and machine learning. In this context, "drought" refers to the phenomenon of clay shrinkage and swelling that leads to damage to buildings. The task can be broken down into two sub-problems that we address separately. The first sub-problem focuses on predicting which municipalities will submit a request for the government declaration of natural disaster for a drought event. The second is dedicated to predicting the financial impact of drought events on insured properties located in municipalities that obtained the government declaration of natural disaster for a drought event. For the first sub-problem, we develop, study, and apply an original algorithm to predict requests for the government declaration of natural disaster. The algorithm benefits from two complementary formalizations of the task at hand, approached as both supervised classification and an optimal transport problem. The final predictions are obtained as a geometric mean of these two prediction types. Theoretically, the optimal transport plan can be obtained by applying the iPiano algorithm [Ochs et al., 2015], and we demonstrate that the assumptions underlying its analysis are met. The analysis of the predictions obtained confirms the algorithm's relevance. Regarding the second sub-problem, we develop, investigate, and apply an original aggregation algorithm, inspired by the Super Learner [van der Laan, 2007]. Two challenges must be considered. First, since drought events have only been covered by the French natural disaster compensation scheme since 1989, the number of drought events available for training our algorithm is limited, with each drought event associated with a large dataset. Second, temporal dependence is compounded by spatial dependence, primarily due to geographic and administrative proximity between French municipalities. Based on a dependency modeling using a dependency graph, the theoretical analysis reveals that the brevity of the time series can be compensated if spatial dependence is weak. Once again, the analysis of the predictions obtained underscores the relevance of our algorithm

La modélisation des catastrophes et la localisation des installations sont des aspects essentiels de la gestion des catastrophes qui contribuent à améliorer l’efficacité et l’efficience des chaînes d’approvisionnement des secours. Cependant, les incertitudes inhérentes aux catastrophes et aux chaînes d’approvisionnement des secours peuvent avoir un impact significatif sur l’efficacité de ces modèles. Pour relever ce défi, la thèse propose l'utilisation de modèles basés sur la quantification de l'incertitude et de modèles basés sur Markov caché pour la modélisation des catastrophes dans le contexte de la chaîne d'approvisionnement des secours marocains. La thèse commence par conceptualiser la chaîne d'approvisionnement de secours marocaine, décrivant de manière exhaustive sa conception, ses activités et les différents acteurs impliqués dans le processus humanitaire, puis une analyse détaillée a été menée pour mettre en évidence les forces et les faiblesses de la chaîne d'approvisionnement de secours marocaine. Cela impliquait un examen approfondi des sources d’incertitude au sein du processus humanitaire, afin de bien comprendre les défis rencontrés au sein de la chaîne d’approvisionnement humanitaire marocaine et d’identifier les exigences spécifiques. À la suite de ce travail de base conceptuel, les modèles proposés sont ensuite appliqués à une étude de cas dédiée à la chaîne d’approvisionnement humanitaire marocaine. Cette application pratique vise à valider l'efficacité des modèles basés sur la quantification de l'incertitude et des modèles basés sur Markov caché dans un scénario réel, fournissant des informations précieuses sur leur applicabilité, leur utilité et leur impact potentiel sur la dynamique complexe du domaine humanitaire. Les résultats démontrent que le modèle basé sur la quantification de l'incertitude et le modèle basé sur Markov caché peuvent améliorer considérablement la robustesse et l'efficacité du réseau de la chaîne d'approvisionnement en termes de prévision des catastrophes. Le modèle basé sur la quantification de l'incertitude permet de prédire l'impact humain potentiel des catastrophes et des régions les plus sensibles, ce qui peut aider à évaluer la robustesse du réseau de la chaîne d'approvisionnement dans différents scénarios, en tenant compte de diverses sources d'incertitude, telles que la demande et incertitudes sur les données documentées. D'autre part, le modèle caché basé sur Markov est utilisé pour prédire le comportement d'une catastrophe lors de la prochaine occurrence, sur la base de données et de tendances historiques. Ce modèle fournit des informations importantes sur le potentiel des HMM dans la gestion des catastrophes et la logistique humanitaire et souligne l'importance de ces modèles dans la protection des impacts des catastrophes, des populations vulnérables et dans l'atténuation des effets des catastrophes naturelles à l'avenir. La thèse vise également à identifier les emplacements optimaux des installations et à développer un plan de réponse efficace aux catastrophes pouvant atténuer l'impact des catastrophes. Ces stations auront pour fonction la réception, le contrôle, le soutien et la distribution de l'aide en cas de catastrophes naturelles (tremblements de terre, inondations, sécheresse, glissements de terrain...) ou catastrophes d'origine humaine (accidents technologiques, attentats terroristes, accidents de la route), à travers l'intégration des différents acteurs de la chaîne d'approvisionnement de l'aide marocaine (Ministère de l'Intérieur, Ministère de l'Aménagement des Territoires marocains, protection civile, militaire...) et en considérant diverses sources d'incertitude, telles que la demande, les délais de transport et les ruptures d'approvisionnement. Les emplacements optimaux des installations identifiés par les modèles offrent une meilleure couverture des zones touchées, améliorant ainsi la rapidité et l'efficacité du plan d'intervention en cas de catastrophe
Disaster modelling and facility location are critical aspects of disaster management that help to improve the effectiveness and efficiency of relief supply chains. However, the inherent uncertainties associated with disasters and relief supply chains can significantly impact the effectiveness of such models. To address this challenge, the thesis proposes the use of uncertainty quantification-based models and hidden Markov based models for disaster modelling in the context of the Moroccan relief supply chain. The thesis initiates by conceptualizing the Moroccan relief supply chain, comprehensively outlining its design, activities, and the various actors involved in the humanitarian process, then, a detailed analysis was conducted to highlight the strengths and weaknesses of the Moroccan relief supply chain. This involved a deep examination of uncertainty sources within the humanitarian process, to make a good understanding of challenges faced within the Moroccan relief supply chain and identify the specific requirements. Following this conceptual groundwork, the proposed models are then applied to a dedicated case study of the Moroccan relief supply chain. This practical application aims to validate the effectiveness of the uncertainty quantification-based models and hidden Markov-based models in a real-world scenario, providing valuable insights into their applicability, utility, and potential impact on the complex dynamics of the humanitarian field. The results demonstrate that the uncertainty quantification-based model and the hidden Markov based model can significantly improve the robustness and efficiency of the supply chain network in term of disaster prediction. The uncertainty quantification-based model enables to make prediction of the potential human impact of disasters and the most sensitive regions which can help in the evaluation of the robustness of the supply chain network under different scenarios, considering various sources of uncertainty, such as demand and uncertainties on documented data. On the other hand, the hidden Markov based model is used to predict the disaster behaviour in next occurrence, based on historical data and trends. This model provides important insights into the potential of HMMs in disaster management and humanitarian logistics and emphasize the importance of these models in protecting disasters impact, vulnerable populations and mitigating the effects of natural disasters in the future. The thesis aims also to identify the optimal facility locations and develop an efficient disaster response plan that can mitigate the impact of disasters, this stations will have for function the reception, control, support and the distribution of help in case of natural disasters (earthquakes, floods, torrential floods, locust invasions, drought, landslides ...) or man-made disasters (technological accidents, terrorist attacks, road accidents, pollution ...), through the integration of different actors in the Moroccan relief supply chain (Ministry of the Interior, Ministry of Planning of Moroccan Territories, the civil protection, military, NGOs ...) and by considering various sources of uncertainty, such as demand, transportation time, and supply disruptions. The optimal facility locations identified by the models provide a better coverage of the affected areas, thereby improving the speed and effectiveness of the disaster response plan. The thesis highlights the significance of incorporating uncertainty analysis in disaster modelling and provides insights into the relief supply chain management in Morocco. The findings of this thesis can be useful for policymakers and practitioners in disaster management to improve the effectiveness and efficiency of relief supply chains

L’importance de gérer la crise provoquée par une catastrophe naturelle, et plus particulièrement par les inondations, nécessite le développement de systèmes d’évacuation efficaces. Un système d’évacuation efficace doit tenir compte de certaines contraintes, notamment celles liées au trafic sur le réseau, à l’accessibilité, aux ressources humaines nécessaires et aux équipements matériels (véhicules, points de rassemblent, etc ..). L’objectif principal de ce travail est d’apporter une assistance aux services techniques et aux forces de secours en termes d’accessibilité en proposant des itinéraires relatifs aux opérations de secours et d’évacuation des biens et des personnes. Nous considérons dans cette thèse, l’évacuation d’une zone urbaine de taille moyenne, exposée à l’aléa d’inondation. En cas d’inondation, la plupart des habitants seront évacués en utilisant leurs propres véhicules. Deux sites d’étude sont sélectionnés dans le projet ACCELL 1, val de Tours (Fr, 37) et val de Gien (Fr, 45). Protégé de l’aléa d’inondation par un ensemble de digues, le site du val de Tours est doté d’un système de prévision de crues fournie par le SPC 2 (DREAL 3) et le SCHAPI 4 permettant aux décideurs d’anticiper une crise majeure par une évacuation préventive. Contrairement au site tourangeau, le val de Gien peut bénéficier d’une évacuation de la population avant et pendant la catastrophe. L’inondation sur ce second val est du type lente par débordement (site partiellement digué), les coupures de routes au cours du temps sont prises en compte lors d’une évacuation pendant la crise. Notre objectif est de construire, pour chacun de ces deux sites, un plan d’évacuation, i.e., fixer pour chaque individu la date de départ et le chemin pour atteindre le point de rassemblement associé. Le plan d’évacuation doit éviter la congestion sur le réseau routier. Nous présentons ici un modèle d’optimisation spatio-temporel (STOM5) dédié à l’évacuation de la population exposée à une catastrophe naturelle et plus particulièrement à un risque d’inondation
The importance of managing an urban site threatened or affected by flooding requires the development of effective evacuation systems. An effective evacuation system has to take into account some constraints such as the transportation traffic which plays an important role as well as others such as the accessibility, necessary human resources and material equipment (vehicles, assembly points, etc...). The main objective of this work is to bring assistance to the technical services and brigade forces in terms of accessibility by providing itineraries with respect to rescue operations and the evacuation of people and goods.We consider the evacuation of a middle size area, exposed to a risk, and more precisely to a risk of flooding. In case of flooding event, the most of inhabitants will be evacuated by themselves, ie., using their personal vehicles. Considered case here, the flooding can be forecast in advance, and then the population has few days (2-4) to evacuate. Our aimis to build an evacuation plan, ie., fixing for each individual the date of departure and the path to reach the assembly point (also called shelter) associated. Evacuation plan must avoid congestion on the roads of evacuation network.Here, we present a spatio-temporal optimization model for the evacuation of the population exposed to natural disasters, and more particularly to a flood risk

Die Technik der Erweiterten Realität (ER) kann dazu eingesetzt werden, künstliche und natürliche Sinneseindrücke zu einer konsistenten Gesamtwahrnehmung zu verschmelzen. Dabei soll der Nutzer den Eindruck haben, dass die physikalische Welt mit virtuellen Objekten zu einer erweiterten Welt ergänzt wurde. In dieser Erweiterten Welt kann der Nutzer sinnvoll mit den wahrgenommenen Objekten interagieren. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgeschlagen, mit der durch den Einsatz der ER-Technik virtuelle Skizzen direkt in die physikalische Welt gezeichnet werden können. Hierzu wird in dieser Abhandlung der Begriff ” dreidimensionale Skizze“ verwendet. Die skizzierte Information soll aber nicht nur zweidimensional, sondern auch dreidimensional repräsentiert werden und somit aus verschiedenen Perspektiven darstellbar sein. Damit man das Objekt aus verschiedenen Perspektiven betrachten kann, braucht man eine dreidimensionale Repräsentation des Objektes. Es handelt sich also nicht um eine zweidimensionale räumliche Skizze eines dreidimensionalen Objektes, sondern um eine dreidimensional repräsentierte Skizze eines räumlichen Objektes. Ein Anwendungsbereich für dreidimensionale Skizzen ist die Erfassung von Lageinformation nach Katastrophen. Die dreidimensionale Skizze soll die zweidimensionale Zeichnung als Lagekarte bzw. Lageskizze ergänzen. Mit Hilfe von Kartenmaterial lassen sich eingesetzte Kräfte, Infrastruktur, gefährdete Objekte, Gefahrenentwicklung, Schäden und Sonstiges in Beziehung bringen. Die bisherigen Verfahren zur Generierung von Skizzen in einer ER-Umgebung sind nicht für den Einsatz beim Katastrophenmanagement geeignet. Es wird deshalb eine neue Methode vorgestellt, mit der Geometrien in die physikalische Welt skizziert werden können und damit während des Einsatzes vor Ort Lageskizzen angefertigt werden können. Es wird gezeigt, wie diese dreidimensionalen Daten mit anderen Informationen in ein Gesamtkonzept zum Wissensmanagement bei Katastrophen integriert werden können. Ein ER-System für ausgedehnte Einsatzgebiete benötigt Sensoren, die für den gesamten Einsatzbereich Position und Orientierung liefern. Für diese Arbeit wird die Position durch ein GPS erfasst und die Orientierung mit einem Inertialnavigationssystem (INS) bestimmt. Die Verschmelzung der Bilder von physikalischer und virtueller Welt erfolgt mithilfe einer Durchsichtdatenbrille oder mithilfe von Bildern einer Videokamera, die mit computergenerierten Bildern überlagert werden. Neben dem mathematischen Modell ist es notwendig die stochastischen Eigenschaften der Komponenten zu kennen. Zur Bestimmung der Genauigkeit des INS wurde eine Methode entwickelt, die das Fehlerverhalten des INS abschätzen kann, ohne dass zusätzliche Geräte zur Bestimmung notwendig sind. Zur Abschätzung der Fehler wird ausgenutzt, dass sich der Sensor um eine feste Achse drehen muss, wenn er auf einer ebenen Oberfläche aufgesetzt und gedreht wird.Die Herausforderung der Kalibrierung der verwendeten Konfiguration besteht darin, dass das mathematische Modell durch nicht-lineare Gleichungssysteme beschrieben wird, die nicht in einem Schritt lösbar sind. Das Gleichungssystem des mathematischen Modells ist eine Erweiterung des Gleichungssystems einer Bündelblockausgleichung. Die Bündelblockausgleichung ist für den Fall der perspektiven Abbildung ein nicht-lineares Gleichungssystem. Da die Konvergenz von Lösungsverfahren für dieses Gleichungssystem von verschiedenen Faktoren abhängen, wie z. B. der Zahl der Unbekannten, der Konfiguration der Aufnahmen, der Wahl der Näherungswerte, werden in der Literatur mehrere verschiedene Lösungsstrategien für die Bündelblockausgleichung vorgeschlagen. Die in dieser Arbeit beschriebene Methode nutzt aus, dass die Konvergenz von der Struktur des mathematischen Modells abhängt. Zur Beschreibung von Strukturübergängen von einem mathematischen Modell in ein anderes wird eine neue Notation vorgeschlagen, die geeignet ist den gesamten Kalibriervorgang formal vollständig darzustellen. Es werden für alle Teilschritte und geschätzten Parameter die erreichbaren Genauigkeiten, die empirisch ermittelt wurden, angegeben. Damit das Gezeichnete in der bewegten Anzeige sichtbar gemacht werden kann, müssen die gemessenen Bildpunkte ständig der Bewegung nachgeführt und in neue Anzeigekoordinatensysteme transformiert werden. Gäbe es für die gemessenen Bildpunkte dreidimensionale Objektkoordinaten, dann wäre die Transformation leicht zu berechnen. Doch anfangs verfügt man lediglich über zweidimensionale Bildkoordinaten. In der Literatur findet man für diese Problemstellung keine Lösungen. Für diese Arbeit wurde deshalb eine Näherungsmethode entwickelt, mit der die Bildpunkte des gezeichneten Gesamtbildes der Bewegung des Benutzers nachgeführt werden können, ohne dass dreidimensionale Koordinaten bekannt sind. Zur Berechnung der dreidimensionalen Koordinaten des Gezeichneten muss die Skizze aus mehreren Perspektiven gezeichnet werden. Im Gegensatz zu vorhandenen Ansätzen können mit der Methode dieser Arbeit polygonale Skizzenelemente berührungsfrei aus der Distanz konstruiert werden. Beim Konstruieren von dreidimensionalen Skizzen werden Polygone im Objektraum beobachtet. Die gemessenen Punkte, die die Polygone beschreiben, liegen nicht mehr in einer Bildebene, da sich der Betrachter während des Skizzierens frei im Raum bewegen können soll. Von mindestens zwei verschiedenen Orten aus zeichnet man mit der Maus Polygonpunkte in die Anzeige. Jede im Bildraum abgetastete Kurve beschreibt eine andere räumliche Kurve im Objektraum. Dabei entsteht ein erster Fehler bei der Diskretisierung der Raumkurve durch die Wahl bestimmter Stützpunkte, die diese Kurve repräsentieren. Eine weitere Art von Fehlern entsteht durch fehlerbehaftete Sensormessungen und Fehler in den Bildpunktkoordinaten. Darüber hinaus wird jedoch ein weit größerer Fehler dadurch verursacht, dass der Zeichner sich nicht mehr genau an die Punkte erinnert, entlang derer er die Kurve skizziert hat, da kein Polygon, das in den physikalischen Raum gezeichnet wird, sich auf den gleichen physikalischen Ort bezieht. Es entstehen also mindestens zwei Bündel von Strahlen und jedes Strahlenbündel beschreibt eine Fläche, auf der eine Vielzahl von Polygonen liegen kann. Durch Minimierung von Polygondistanzen wird der Verlauf der beobachteten Polygone im physikalischen Raum festgelegt. Die vorgeschlagenen Verfahren werden an verschiedenen Beispielen geprüft. Die Ergebnisse der Tests werden diskutiert. Abschließend wird der weitere Entwicklungsbedarf aufgezeigt.

Au cours des dernières décennies, le nombre d'occurrences de catastrophes naturelles a augmenté sensiblement. Cette augmentation a des conséquences catastrophiques sur les espaces verts, les propriétés et les êtres vivants. L'énorme quantité de dommages a attiré l'attention des chercheurs, des organisations et des secteurs gouvernementaux et non-gouvernementaux vers l'analyse de ces phénomènes, leurs causes et leurs effets. Le but est de pouvoir reconnaître leurs comportements et prédire leur occurrence pour mieux aborder la phase de gestion des risques qui contribue à empêcher leur incidence ou limiter les conséquences. Le risque de d'incendie existe souvent et la présence de dangers est également possible. D'où l'importance de tout effort pour lutter contre de telles crises. Dans cette contribution, le phénomène des incendies de forêt est étudié. Au Liban, les espaces verts ont considérablement diminué au cours des dernières années, ce qui impose une intervention urgente des politiques et le soutien des organisations gouvernementales et non gouvernementales. L'orientation globale est d’aller vers des techniques qui permettent de prédire les risques élevés d'incendie permettant ainsi de prendre des précautions pour empêcher les occurrences d'incendie ou tout au moins limiter leurs conséquences. La prévision des incendies de forêt contribue à prévenir d'une part la fréquence des incendies et d'autre part, à réduire ses impacts sur les êtres vivants, les propriétés et la richesse forestière
During the last decades, the number of occurrences of natural disasters has increased noticeably which lead to catastrophic results on human as well as properties and green areas. But despite the huge amount of damages, this helps to draw the attention of researchers, organizations and the various governmental and non-governmental sectors towards analyzing these phenomena, their causes & effects, allowing to recognize their behaviors and the methods to predict their occurrence and thus reaching the phase of risk management contributing to prevent their incidence or limit the consequences. As the risk of happening often exists, the instantaneous presence of dangers is also possible. Here appears the importance of any effort that serves to tackle such crises. In this contribution, the phenomenon of forest fires is studied. In Lebanon, green areas declined dramatically during the last decades, what imposes an urgent intervention with strict governmental policies and support of non-governmental organizations. The global orientation is towards techniques that predict high fire risks, allowing for precautions to preclude fire occurrences or at least limit their consequences. Forest fire prediction proves to contribute in preventing fire occurrence or reducing its catastrophic impacts in worst cases on human lives, properties and green forestry

Le BLEVE (Boiling Liquid Exploding Vapor Explosion) est l’un des accidents les plus craints dans l’industrie. Bien qu’il soit étudié depuis plus de soixante ans, certains dangers et situations restent mal anticipés, tels que : quelles seraient les conséquences de la surpression d’un BLEVE dans un milieu urbain confiné ? Qu’adviendrait-il si un camion de transport de GPL venait exploser sur un pont ? Ces questions nécessitent d’étudier la physique du BLEVE au plus proche du conteneur. Ce travail explore les phénomènes physiques générant la surpression aérienne en champ proche de l’explosion, en essayant de comprendre la contribution des phases du contenu (liquide et vapeur) dans les dangers en champ proche du BLEVE. Un prototype expérimental petite échelle a été conçu dans le but de reproduire les BLEVE de cuves cylindriques de manière réaliste. Vingt-quatre BLEVEs de propane ont été effectués. Un large spectre de données a été collecté lors de ces tests : surpression aérienne dans de multiples directions autour du conteneur, variations de pression dans le conteneur avant et après rupture, chargement au sol dû à l’explosion, visualisations en imagerie rapide selon un certain nombre d’angles. Les résultats montrent une dépendance forte entre les caractéristiques de la phase vapeur et la suppression maximale générée par l’explosion. La reconstruction chronologique du phénomène confirme ce résultat. Cependant, la phase liquide joue un rôle capital dans la génération du chargement au sol, qui est un danger considérable, mais peu considéré jusque-là
Boiling Liquid Exploding Vapor Explosion (BLEVE) is one of the most feared accident in the industry. Even though it has been studied for over 6 decades, many safety questions remain poorly answered: what happens if a BLEVE occurs in a congested urban or industrial area? What if a road tanker BLEVE happens on a bridge? These questions require to look closer to the vessel. This work focuses on understanding the physics involved in overpressure generation in the near field surrounding of the vessel, to understand the contribution of the fluid phases (liquid and vapor) in the near-field hazards of a BLEVE. For this purpose, a small scale experimental prototype was designed to reproduce realistic BLEVE failure. Twenty-four propane BLEVEs were performed. A wide range of data was recorded from these tests: blast overpressure all around the vessel, transient pressure inside the vessel, ground loading under the vessel, and high speed imaging through various angles. Results give more insight on the anisotropy of the pressure field around the cylindrical vessel. It also shows a strong dependency between vapor content and maximum overpressure from the lead shock. Moreover, the chronology of the phase change observed through transient pressure measurements show that the main contributor of the maximum overpressure is the vapor phase. The phase change is studied through pressure transient in the vessel and high speed imaging, giving a better understanding of the time scales involved with this phenomenon. Finally, ground loading measurements are analyzed to give insight on the order of magnitude involved in this hazard

Des catastrophes comme celles de Ghislenghien (Belgique), Ludwigshafen (Allemagne), ou Lyon (France), ont été attribuées à des travaux à proximité de réseaux de gaz. Bien que les canalisations soient une des méthodes les plus sures de transport pour les substances dangereuses, chaque année plusieurs cas d'accidents sont enregistrés en France. La plupart d'entre eux sont attribués à des travaux à proximité des réseaux et certains illustrent le manque de fiabilité des informations fournies. Pour prévenir de tels accidents qui impliquent les ouvriers et le public, les autorités françaises ont mis en place deux réglementations : DT-DICT : pour la sécurisation des réseaux à proximité d'excavation ; Multifluide : pour celle des réseaux dangereux lors d'événements aléatoires. Eviter de tels accidents nécessite d'acquérir et de contrôler des informations 3D concernant les différents réseaux urbains, et particulièrement ceux enterrés. Des stratégies de prévention doivent alors être adoptées. Voilà pourquoi travailler sur les réseaux et leur visualisation et la cartographie des risques, en prenant en compte le flou, est une recherche récente et importante. Les applications logicielles que je développe devraient aider les services publics et les entrepreneurs à se concentrer sur la prévention des événements dangereux grâce à des ensembles de données précises pour les utilisateurs, la définition d'un réseau de géomatique, mais aussi des méthodes telles que la triangulation, la modélisation par éléments, les calculs géométriques, l'intelligence artificielle, la réalité virtuelle
Disasters like the ones that happened in Ghislenghien (Belgium), Ludwigshafen (Germany), or Lyon (France), have been attributed to excavations in the vicinity of gas pipelines. Though pipes are one of the safest methods of transportation for conveying hazardous substances, each year many cases of damage to gas pipes are recorded in France. Most of them are due to works in the vicinity of the networks and some illustrate the lack of reliability of the provided information. Concessionaries have to take stock of the situation and to suggest areas of improvement, so that everyone could benefit from networks becoming safer.To prevent such accidents which involve workers and the public, French authorities enforce two regulations: DT / DICT: reform of the network no-damage by securing the excavations, Multifluide: reform which is interested in securing networks of hazardous events.So, to avoid such accidents or other problems, it is necessary to acquire and control the 3D information concerning the different city networks, especially buried ones.Preventive strategies have to be adopted. That’s why working on the networks and their visualization and risk cartography, taking the blur into account, is a recent and appropriate research. The software applications I develop should help the utility and construction contractors and focus on the prevention of hazardous events thanks to accurate data sets for users and consumers, the definition of a geomatics network but also some methods such as triangulation methods, element modeling, geometrical calculations, Artificial Intelligence, Virtual Reality

Des catastrophes comme celles de Ghislenghien (Belgique), Ludwigshafen (Allemagne), ou Lyon (France), ont été attribuées à des travaux à proximité de réseaux de gaz. Bien que les canalisations soient une des méthodes les plus sures de transport pour les substances dangereuses, chaque année plusieurs cas d'accidents sont enregistrés en France. La plupart d'entre eux sont attribués à des travaux à proximité des réseaux et certains illustrent le manque de fiabilité des informations fournies. Pour prévenir de tels accidents qui impliquent les ouvriers et le public, les autorités françaises ont mis en place deux réglementations : DT-DICT : pour la sécurisation des réseaux à proximité d'excavation ; Multifluide : pour celle des réseaux dangereux lors d'événements aléatoires. Eviter de tels accidents nécessite d'acquérir et de contrôler des informations 3D concernant les différents réseaux urbains, et particulièrement ceux enterrés. Des stratégies de prévention doivent alors être adoptées. Voilà pourquoi travailler sur les réseaux et leur visualisation et la cartographie des risques, en prenant en compte le flou, est une recherche récente et importante. Les applications logicielles que je développe devraient aider les services publics et les entrepreneurs à se concentrer sur la prévention des événements dangereux grâce à des ensembles de données précises pour les utilisateurs, la définition d'un réseau de géomatique, mais aussi des méthodes telles que la triangulation, la modélisation par éléments, les calculs géométriques, l'intelligence artificielle, la réalité virtuelle
Disasters like the ones that happened in Ghislenghien (Belgium), Ludwigshafen (Germany), or Lyon (France), have been attributed to excavations in the vicinity of gas pipelines. Though pipes are one of the safest methods of transportation for conveying hazardous substances, each year many cases of damage to gas pipes are recorded in France. Most of them are due to works in the vicinity of the networks and some illustrate the lack of reliability of the provided information. Concessionaries have to take stock of the situation and to suggest areas of improvement, so that everyone could benefit from networks becoming safer.To prevent such accidents which involve workers and the public, French authorities enforce two regulations: DT / DICT: reform of the network no-damage by securing the excavations, Multifluide: reform which is interested in securing networks of hazardous events.So, to avoid such accidents or other problems, it is necessary to acquire and control the 3D information concerning the different city networks, especially buried ones.Preventive strategies have to be adopted. That’s why working on the networks and their visualization and risk cartography, taking the blur into account, is a recent and appropriate research. The software applications I develop should help the utility and construction contractors and focus on the prevention of hazardous events thanks to accurate data sets for users and consumers, the definition of a geomatics network but also some methods such as triangulation methods, element modeling, geometrical calculations, Artificial Intelligence, Virtual Reality

La sensibilisation du grand public aux risques majeurs est un enjeu actuel de leur prévention. En France, la communication préventive sur les risques majeurs est une obligation réglementaire. On peut alors s’interroger sur son efficacité vis à vis de la population. Dans cette thèse, des approches contribuant à l’évaluation de l’efficacité des documents de communication préventive sur les risques sont proposées avec une application au DICRIM (Document d'Information Communal sur les Risques Majeurs). Elles croisent des méthodes à l’interface entre sciences pour l’ingénieur (méthode de la sûreté de fonctionnement), sciences cognitives (modélisation de connaissances) et sciences humaines et sociales (interviews et analyse de discours). Les développements portent sur : - un modèle d’évaluation de la conformité du contenu d’un DICRIM donné en regard de la loi ; - des éléments de représentations cognitives d’élus et d’habitants vis-à-vis du DICRIM et des risques majeurs en général ; - une production d’indicateurs de performance et d’un modèle d’évaluation de la performance d’un DICRIM. Des validations des modèles ont été réalisées sur des cas réels. Les modèles proposent également des rétroactions afin d’améliorer l’efficacité du document si nécessaire, en fonction des notes obtenues à l’aide des indicateurs. Les modèles d’aide à la décision peuvent être utilisés par les municipalités ou les bureaux d’études spécialisés sur tout DICRIM existant ou en création. Leur utilisation ne nécessite pas la mise en oeuvre de moyens particuliers. Par ailleurs, les modèles possèdent des composantes génériques applicables à d’autres types d’outils de communication sur les risques
Raising the general public's sensitisation of major hazards is a current issue in their prevention and is based in particular on the communication of preventive information. In France, this communication is a regulatory obligation. One can then question its effectiveness and how its content and form are perceived by the population. In this thesis, approaches contributing to the evaluation of the effectiveness of preventive risk communication documents are proposed with an application to the DICRIM (“Document d’Information Communal sur les Risques Majeurs” in French; “Communal Information Document on Major Risks” in English). They cross methods at the interface between engineering sciences (method of operational safety), cognitive sciences (knowledge modelling) and human and social sciences (interviews and discourse analysis). The developments concern: - a model for assessing the content conformity of a given DICRIM with the law; - elements of cognitive representations of elected representatives and inhabitants relative to the DICRIM and major hazards in general; - a production of performance indicators and a model for evaluating the performanceof a DICRIM.Model validations were carried out on real cases. The models also provide feedback to improve the effectiveness of the document if necessary, based on the scores obtained using the indicators. Decision support models can be used by municipalities or specialized design offices on any existing or newly created DICRIM. Their use does not require the implementation of particular means. In addition, the models have generic components applicable to other types of risk communication tools

Ce travail présente les résultats de l'étude de la distribution et du transfert du 137Cs dans les écosystèmes forestiers de la région de Briansk (Russie). Cette région est caractérisée par une contamination très élévée en 137Cs, qui est due aux retombées de l'accident de Tchernobyl en 1986. Les niveaux élevés de" contaminations permettent l'obtention de résultats fiables. Différents sites présentant des caractéristiques pédologiques et forestières différentes ont été choisis afin d'étudier l'influence de ces caractéristiques sur la migration dans le sol et le transfert dans la végétation du 137Cs. La migration du 137Cs dans le sol dépend de la composotion et de l'épaisseur de la litière. A l'heure actuelle, la litière et les horizons minéraux sous-jacents sont les niveaux pédologiques les plus contaminés. Les extractions séquentielles appliquées aux échantillons du sol ont permis de révéler l'existence d'une barrière géochimique située juste au-dessous de la litière. La distibution du 137Cs dans les différentes parties (bois, écorce, feuilles, sève, racines) des espèces ligneuses (Pinus sylvestris et Betula pendula) a été étudiée. Le 137Cs est très mobile dans les arbres et nos résultats montrent que la distribution résulte de la structure et du fonctionnement des espèces étudiées. Ainsi la différence de distribution radiale dans les troncs des espèces étudiées peut être expliquée par leur différence en matière de composition des rayons radiaux. De plus, nous avons montré que le transfert du 137Cs dans les différents types de végétation forestière dépend de plusieurs facteurs, dont les principaux sont : la distribution verticale dans le sol des formes biodisponibles du 137Cs, la distribution verticale des systèmes racinaires et les capacités spécifiques d'accumulation du 137Cs par les plantes. L'ensemble des données obtenues a permis de développer un modèle mathématique de la migration et de la fixation du 137Cs dans un sol forestier. De plus des modèles du transfert de ce radionucléi͏̈de dans les écosystèmes forestiers ont été conçus et une nouvelle approche est proposé afin d'estimer la contamination de différentes composantes des écosystèmes forestiers
This work presents the results of the study of 137Cs distribution and transfer in forest ecosystems of Briansk (Russia). This region was heavily contaminated in the result of radioactive fallout from Chernobyl NPP accident in 1986. Thus the level of contamination allows to get reliable results. Different sites with pedological and forest features were chosen with the aim to study the influence of these parameters on 137Cs migration in soil and its transfer into vegetation. 137Cs migration in soil depends on forest litter thickness and composition. At present time the principal part of 137Cs is situated in the limit between litter and mineral horizons. Sequential extractions obtained from soil samples revealed the existence of geochemical barrier. This barrier is located just beneath the forest litter. 137Cs distribution in different parrts (wood, bark, leaves, sap, roots) of coniferous and deciduous woody species (Pinus sylvestris and Betula pendula) was studied. 137Cs is very mobile in trees and our results show that its distribution can be easily explained by structure and functioning of studied species. Thus the difference in radial 137Cs distribution in trunk of studied species is closely linked to the difference in radial rays composition. Moreover it was demonstrated in some examples that 137Cs transfer in different types of forest vegetation depends on factors as : vertical distribution of 137Cs bioavailable forms in soil profile, vertical distribution of plant roots and some specific capacities of plants to accumulate 137Cs. The set of data gathered during the present work allowed us to develop one mathematical model of 137Cs migration and fixation in forest soil. Moreover conceptual models of 137Cs transfer in forest ecosystems were designed and a new approach to estimate the contamination of forest compartments contamination by 137Cs was proposed

VOLDORAD, un radar Doppler UHF moyenne puissance, est un système portable basé au sol, développé par l'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (France), spécifiquement pour l'étude de l'activité volcanique explosive. La capacité de ces méthodes de télédétection à sonder l'intérieur des jets et des panaches volcaniques dangereux constitue un vrai pas en avant concernant l'analyse des paramètres physiques qui contrôlent la dynamique des éruptions volcaniques. L'objectif principal de cette thèse est d'apporter des contraintes plus précises, notamment à partir du développement de procédures méthodologiques, sur l'interprétation des données radar Doppler, dans le but final d'améliorer notre compréhension de la dynamique explosive. Ce travail a été réalisé à partir de mesures radar Doppler acquises pendant l'éruption du cratère Sud-Est de l'Etna en Juillet 2001, et s'intéresse plus particulièrement à l'activité Strombolienne. Cependant, les méthodes de traitement, les modèles directs et les procédures d'inversion développés dans cette étude ont été réalisés dans une optique plus générale, et applicable sur différents types de dynamismes. L'étude détaillée de l'activité Strombolienne par la méthode radar Doppler a permis d'obtenir une large gamme de paramètres sources, notamment : les vitesses et masses de gaz et de particules, ainsi que les caractéristiques géométriques des jets. L'estimation quantitative précise de ces paramètres et de leur évolution au cours du temps est cruciale pour (1) la surveillance et la détection précoce de l'activité volcanique, ainsi que (2) pour l'apport de contraintes sur les hypothèses formulées dans les modèles de dynamique éruptive et dans les modèles de prédiction de dispersion des cendres, indispensables à la minimisation des risques.

Cette thèse de doctorat porte sur l'analyse des dommages et sur l'évaluation des coûts induits sur les habitations par les submersions marines. L'étude se base sur les données d'assurance de deux évènements récents ayant touché la France et causé des submersions sur les côtes bretonnes et atlantiques : les tempêtes Johanna (mars 2008) et Xynthia (février 2010).Dans un premier temps, l'analyse des données d'expertise et d'indemnisation d'assurance, en lien avec celle des paramètres de l'aléa et des enjeux exposés, a eu pour but la meilleure compréhension des différents types de dommages, et l'explication des coûts observés. En parallèle, un travail de modélisation de l'aléa a été réalisé à une échelle régionale, afin de déterminer des indicateurs des forçages météo-marins, et à une échelle locale, afin de préciser les processus d'endommagement sur les sites étudiés pour les deux tempêtes. La caractérisation de la vulnérabilité et de la valeur des enjeux (coûts de construction) a été menée à l'aide de différents paramètres issus de bases de données nationales (INSEE et IGN) et de campagnes de terrain.Dans un second temps, les informations recueillies ont permis la construction de modèles empiriques de prédiction du coût des dommages aux habitations spécifiques à l'aléa submersion marine, outils aujourd'hui inexistants en France. Les différents types de modèles testés sont basés sur des approches statistiques univariées (fonctions d'endommagement) et multivariées. L'apport des données d'assurance à la réalisation de tels modèles est discuté, et des recommandations ainsi que des perspectives de recherche sont évoquées, afin de rendre ces modèles opérationnels et d'augmenter leur capacité de prédiction des coûts d'évènements catastrophiques futurs.

Une forte contamination radioactive du milieu marin, notamment par le 137Cs, s'est produite dans le Pacifique nord-ouest suite à l'accident nucléaire de Fukushima Dai-ichi survenu le 11 mars 2011. Deux sources majeures ont été à l'origine de cette contamination, les retombées atmosphériques (sèches et humides) et les rejets liquides directement en mer. Cette radioactivité a été transférée aux organismes marins conduisant à la contamination de plusieurs espèces pélagiques et benthiques. Dans le cadre de l'étude des conséquences de cet accident sur le milieu marin, une première modélisation de la dispersion du 137Cs dans les eaux de la côte Pacifique du Japon a été réalisée par le groupe SIROCCO, permettant ainsi d'estimer l'évolution spatio-temporelle de la concentration de ce radionucléide dans l'eau et de déterminer son terme source, c'est-à-dire sa quantité globale rejetée en mer sous forme liquide. Ce travail de thèse s'inscrit dans la même démarche et vise, par une approche de modélisation, à étudier le transfert du 137Cs aux chaines trophiques pélagiques de la côte Est du Japon, composées par les populations planctoniques, les poissons planctonivores, et les poissons carnivores. Le couplage d'un modèle radioécologique, spécifiquement développé pour cette étude, à un modèle de l'écosystème composé d'un modèle NPZD (Nutrients-Phytoplankto-Zooplankton-Detritus) et d'un modèle de circulation régionale, s'est imposé comme la méthode la plus adaptée à l'étude de la contamination des populations planctoniques dans des conditions post-accidentelles. Les résultats de cette étude ont montré des niveaux de contamination assez élevés de ces populations notamment aux alentours de la centrale où les concentrations estimées sont environ 4 ordres de grandeur supérieures à celles observées avant l'accident. En dépit de ces concentrations élevées, le débit maximal de la dose absorbée reste largement au-dessous du débit de référence à partir duquel les effets sur les populations sont ressentis. Cette étude a aussi mis en évidence la prédominance de la voie trophique dans les processus d'accumulation du césium par ces espèces, ainsi que la présence d'une légère bioamplification chez les classes de taille de zooplancton. Le modèle radioécologique développé pour étudier la contamination des espèces nectoniques est structuré en taille. Chaque espèce est composé d'un ensemble de cohortes dont le nombre est fonction de la durée de vie de l'espèce et de sa fréquence de reproduction. Contrairement aux modèles classiques, le taux d'ingestion de la nourriture par l'organisme ainsi que son régime alimentaire ne sont pas constants dans le temps mais généralement variables en fonction de la taille de l'organisme. Dans cette approche le processus de prédation est considéré comme étant totalement opportuniste. Les résultats sont généralement satisfaisants et le modèle a été validé dans les conditions d'équilibre pré-accidentelles ainsi que dans les conditions post-accidentelles. L'importance de la prise en compte des mouvements migratoires de certaines espèces dans ce type de modèle a été mis en évidence notamment dans les conditions accidentelles caractérisées par une forte variabilité spatiale de la concentration du radionucléide dans la colonne d'eau. Les niveaux de contamination estimés pour les différentes espèces sont largement supérieurs à ceux observés avant l'accident, avec une tendance à l'augmentation lorsque la taille de l'individu augmente
Huge amounts of radionuclides, espicially 137Cs, were released to the coastal northwestern Pacific ocean after the Fukushima nuclear power plant accident, that occurred on 11 March 2011. The resultant radiocesium contamination was quickly transferred to marine biota resulting in elevated cesium levels in various organisms. Using a modelling approach, this work aims to study the 137Cs transfer to the marine pelagic food chains, from plankton populations to the large piscivorous fishes. Coupling the radioecological model, developed in this study, with an ecosystem model comprising an NPZD biogeochemical model and a regional ocean circulation model, is appeared to be the most adapted tool for modelling of plankton populations contamination in this accidental situation. The results of this study showed high contamination levels in the plankton populations, especially in the vincity of the power plant, where the maximal concentrations are estimated to be about 4 orders of magnitude higher than those observed before the accident. In spite of these high contamination levels, the maximum 137Cs absorbed dose rates for phyto- and zooplankton populations were estimated to be well below the 10 Gy/h benchmark value, from which a measurable effect on the marine biota can be observed. This study has also highlighted the predominance of the cesium uptake from food and the presence of biomagnification potential at this trophic level. The radioecological model developed to study the nektonic species contamination is based on the individual size. In this approach, each species is represented by a set of cohorts. The number of these cohorts is a function of the species life span and reproduction frequency. Unlike traditional approaches, the organism ingestion rate and diet composition considered in this modelling approach are not constant, but vary over the time according to the size of the organism. The model results are in general satisfactory, and the validation is carried out in both equilibrium and accidental situations. This study highlighted the importance of the organism migratory movements in the radioecological modelling espicially in the accident situations caracterized by a very high spatial variability of radionuclides concentrations in the seawater. The detailed caracteristics of 137Cs concentration dynamics in the different species are discussed. The contamination levels estimated for the different species are significantly higher than those observed before the accident, with a clear tendency to increase with individual size

Au cours des dernières décennies, le nombre d'occurrences de catastrophes naturelles a augmenté sensiblement. Cette augmentation a des conséquences catastrophiques sur les espaces verts, les propriétés et les êtres vivants. L'énorme quantité de dommages a attiré l'attention des chercheurs, des organisations et des secteurs gouvernementaux et non-gouvernementaux vers l'analyse de ces phénomènes, leurs causes et leurs effets. Le but est de pouvoir reconnaître leurs comportements et prédire leur occurrence pour mieux aborder la phase de gestion des risques qui contribue à empêcher leur incidence ou limiter les conséquences. Le risque de d'incendie existe souvent et la présence de dangers est également possible. D'où l'importance de tout effort pour lutter contre de telles crises. Dans cette contribution, le phénomène des incendies de forêt est étudié. Au Liban, les espaces verts ont considérablement diminué au cours des dernières années, ce qui impose une intervention urgente des politiques et le soutien des organisations gouvernementales et non gouvernementales. L'orientation globale est d’aller vers des techniques qui permettent de prédire les risques élevés d'incendie permettant ainsi de prendre des précautions pour empêcher les occurrences d'incendie ou tout au moins limiter leurs conséquences. La prévision des incendies de forêt contribue à prévenir d'une part la fréquence des incendies et d'autre part, à réduire ses impacts sur les êtres vivants, les propriétés et la richesse forestière
During the last decades, the number of occurrences of natural disasters has increased noticeably which lead to catastrophic results on human as well as properties and green areas. But despite the huge amount of damages, this helps to draw the attention of researchers, organizations and the various governmental and non-governmental sectors towards analyzing these phenomena, their causes & effects, allowing to recognize their behaviors and the methods to predict their occurrence and thus reaching the phase of risk management contributing to prevent their incidence or limit the consequences. As the risk of happening often exists, the instantaneous presence of dangers is also possible. Here appears the importance of any effort that serves to tackle such crises. In this contribution, the phenomenon of forest fires is studied. In Lebanon, green areas declined dramatically during the last decades, what imposes an urgent intervention with strict governmental policies and support of non-governmental organizations. The global orientation is towards techniques that predict high fire risks, allowing for precautions to preclude fire occurrences or at least limit their consequences. Forest fire prediction proves to contribute in preventing fire occurrence or reducing its catastrophic impacts in worst cases on human lives, properties and green forestry