Towards a multicritaria evaluation making tool for the analysis of the environmental impacts of human settlements. PIE Aggregation

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1 Towards a multicritaria evaluation making tool for the analysis of the environmental impacts of human settlements PIE Aggregation May 2007 Pr. Luc Adolphe ENSAT- GRECAU- FR

2 Main objectives Towards an evlauation tool of an environment situation of a human settlement according to the pressure of a transport system. Structuration of a system of indicators for each impacts, Multidomain analysis through an aggregation of the indicators Approach global multiscale synthesis Modal comparisons Technical comparisons Urban plannig options Outputs Scales Disciplinary Time Space

3 The existing sets of indicators TERM 2001, OCDE 1999, OMS 1999, RESPECT 2000, CERTU 2002 Système Année Secteur But Principal Approche / 2 Modèle TERM AEE Agence Européen Environ OCDE Transport seuls Transport seuls Evaluer politiques nationales de transport Comparaison entre états membres européens Etat de l environnement Evaluation et comparaison économique entre états OMS 1999 Large Information et évaluation des risques env. sur la santé Plans d actions Nationales d Environnement et de Santé Pré décisionnelle Politique Intégration pollutions dans politiques sectorielles DPSIR Economique Intégration pollution dans politiques économiques PSR Santé Publique Echelle Géographi que 1 National e Fréquence Echant. Modes abordés année Routier 7 Nationale année? 3 Nationale?? 10 Nombre Thèmes Thèmes abordés! Conséquences environnementales! Demande e n transport! Aménagement territorial! Accessibilité! Offre de transport! Niveau de prix! Technologie! Intégration - Gestion Nombre Indicateurs 35 (7*5)! Tendances des systèmes de transport! Interactions avec environnement 34! Aspects économiques! Qualité air! Logement! Accidents trafic! Bruit! Déchets et sols! Radiation! Eau! Aliments! Emergence chimique! Lieu de travail (dont 13 instanciés) Méthode modélisation Basé sur méthodes de calcul européennes : - Air (AutoOli, MEET..) - Bruit - Déchets (EUCars) NON Ratios simples Occupation espace Effet de coupure Pollution Eau Indicateurs monétaires Caractéristiques Le plus complet pour les relations Transport Environnement. Tient compte de l aménagement du territoire et des systèmes de prix.??? Seulement impacts susceptibles d avoir des effets sur la santé Faune, Flore, paysage, effet de serre pas abordés RESPECT 2000 Large Cadre pour la mise en place de systèmes d évaluations et de suivi des politiques environnementales des collectivités territoriales DPSEEA Opérationnelle Nuisances urbaines Locale?? 10! Air! Bruit! Cadre de vie! Déchets! Déplacement! Eau! Energie! Risques! Sol et sous-sol! Engagement mutuel pour l environnement 73?? Tableau de bord mesurant la réalisation d actions Observatoi re PDU Transport seuls Suivi de l organisation du système de transport Collectivités territoriales PER Nuisances urbaines Evaluation des actions menées pour atteindre les objectifs fixés Locale 1-5 ans? 19! Développement urbain et déplacements! Diminution de la circulation automobile! Développement des transports collectifs! Développement du transport ferroviaire! Intermodalité! Développement de la marche à pied! Développement de l usage du vélo! Stationnement des voitures! Marchandises! Plans de mobilité! Pollution atmosphérique et énergie! Bruit transports terrestres! Sécurité des déplacements! Cohésion sociale et déplacements! Accessibilité grands équipements! Qualité espaces publics! Communication, sensibilisation! Financement! Mobilité urbaine 251 (dont 71 clés) NON Tous indicateurs Très exhaustif. Bonne source pour élaborer des indicateurs plus complexes Non prise ne compte de l eau et des déchets Comparaison intervilles possibles

4 The system of indicators Lexical harrmonisation Données Descripteurs Critères Indicateurs Indices. Criteria for the construction of the set of indicators 1) Formal properties of indicators 2) Formal properties of the set of indicators Model of structuration of the set d indicateurs PSR (Pressure, State, Response) ADEME, OCDE 99, Respect 2000, DPSIR (Drive, Pressure, State, Impact, Response), Term 2001, DPSEEA Impact : Exposition (risques sur santé), Effets (gêne, morbidité, mortalité), OMS, 99

5 Evaluation aided tool of an environmental situation Decision making vs. Evaluation making Evaluation using a value-focused decision (Keeney)

6 Structuration of the objectives Hierarchy of objectives [Keeney] : 1) Objective : something that is aimed, caracterised by a decision context, an object, and a decision 2) Final objective : main and decomposable objective ; Means objective: meansto reach a final objective Maîtriser l environnement A l échelle planétaire Conserver un environnement favorable à la vie humaine Limiter l effet de serre Limiter le dérèglement climatique Protéger la couche d ozone Conserver les ressources naturelles Limiter l extinction d espèces naturelles Limiter l extinction de milieux naturels Limiter les consommations d énergies Limiter la pollution maritime Limiter la production de déchets persistants A l échelle locale Concernant les milieux naturels Limiter l appauvrissement des sols Protéger la faune Protéger la flore Préserver les paysages Limiter les bétonnages à outrance Concernant les milieux humains Concernant la santé publique Limiter les effets de la pollution de l air Des pics de pollutions De la pollution de fond Limiter les effets des accidents Limiter les effets du bruit sur la santé Concernant la qualité de vie Limiter la gêne Due aux bruits Dues aux fumées Dues aux odeurs Améliorer le paysage urbain Préserver le patrimoine culturel Respecter les quartiers «villages» Préserver les habitats des salissures Relation between final and means objectives [Rousval, 2005]. Reduced and filtered hierarchy [Rousval, 2005]

7 Example of the hierarchy of objectives of an actor Améliorer la qualité de l environnement A l échelle planétaire A l échelle locale Favorablement à la vie humaine Milieu humain Milieu naturel Effet de serre Ozone Dérèglement climatique Énergies Milieux Espèces Conserver les ressources Déchets persistants Pollution maritime Paysage Bruit Salissures Quartiers village Patrimoine culturel Odeurs Qualité de vie Gêne Fumées Santé publique Pollution de l air De fond Pics Flore Faune Paysage Bétonnage à outrance Appauvrissement des sols Bruit Accidents

8 Algebra of union of hierarchies of objectives (from KEENEY) GENERICAL STRUCTURE Actor 1 + Actor 2 + = Actor n

9 PROPAGATION OF THE WEIGHTING FACTORS IN THE HIERARCHY OF OBJECTIVES HIERARCHY OF OBJECTIVES Maîtriser l environnement A l échelle planétaire Conserver un environnement favorable à la vie humaine Limiter l effet de serre Limiter le dérèglement climatique Protéger la couche d ozone Conserver les ressources naturelles Limiter l extinction d espèces naturelles Limiter l extinction de milieux naturels Limiter les consommations d énergies Limiter la pollution maritime Limiter la production de déchets persistants A l échelle locale Concernant les milieux naturels Limiter l appauvrissement des sols Protéger la faune Protéger la flore Préserver les paysages Limiter les bétonnages à outrance Concernant les milieux humains Concernant la santé publique Limiter les effets de la pollution de l air Des pics de pollutions De la pollution de fond Limiter les effets des accidents Limiter les effets du bruit sur la santé Concernant la qualité de vie Limiter la gêne Due aux bruits Dues aux fumées Dues aux odeurs Améliorer le paysage urbain Préserver le patrimoine culturel Respecter les quartiers «villages» Préserver les habitats des salissures TO DEFINE A WEIGHT FACTOR FOR EACH INDICATOR Maîtriser l environnement 2 A l échelle planétaire 5 Conserver un environnement favorable à la vie humaine 1 Limiter l effet de serre 2 Limiter le dérèglement climatique 1 Protéger la couche d ozone 2 Conserver les ressources naturelles 1 Limiter l extinction d espèces naturelles 1 Limiter l extinction de milieux naturels 3 Limiter les consommations d énergies 1 Limiter la pollution maritime 2 Limiter la production de déchets persistants 3 A l échelle locale 0 Concernant les milieux naturels 0 Limiter l appauvrissement des sols 0 Protéger la faune 0 Protéger la flore 0 Préserver les paysages 0 Limiter les bétonnages à outrance 1 Concernant les milieux humains 7 Concernant la santé publique 1 Limiter les effets de la pollution de l air 2 Des pics de pollutions 1 De la pollution de fond 1 Limiter les effets des accidents 1 Limiter les effets du bruit sur la santé 3 Concernant la qualité de vie 3 Limiter la gêne 4 Due aux bruits 0 Dues aux fumées 1 Dues aux odeurs 1 Améliorer le paysage urbain 1 Préserver le patrimoine culturel 0 Respecter les quartiers «villages» 1 Préserver les habitats des salissures

10 PROPAGATION OF THE WEIGHTING FACTORS IN THE HIERARCHY OF OBJECTIVES TO NORMALIZE THE WEIGHTING FACTORS Maîtriser l environnement 0,40 A l échelle planétaire 0,50 Conserver un environnement favorable à la vie humaine 0,25 Limiter l effet de serre 0,50 Limiter le dérèglement climatique 0,25 Protéger la couche d ozone 0,20 Conserver les ressources naturelles 0,20 Limiter l extinction d espèces naturelles 0,20 Limiter l extinction de milieux naturels 0,60 Limiter les consommations d énergies 0,10 Limiter la pollution maritime 0,20 Limiter la production de déchets persistants 0,60 A l échelle locale 0,00 Concernant les milieux naturels 0,00 Limiter l appauvrissement des sols 0,00 Protéger la faune 0,00 Protéger la flore 0,00 Préserver les paysages 0,00 Limiter les bétonnages à outrance 1,00 Concernant les milieux humains 0,58 Concernant la santé publique 0,5 Limiter les effets de la pollution de l air 0,5 Des pics de pollutions 0,25 De la pollution de fond 0,25 Limiter les effets des accidents 0,5 Limiter les effets du bruit sur la santé 0,25 Concernant la qualité de vie 0,75 Limiter la gêne 0,8 Due aux bruits 0 Dues aux fumées 0,2 Dues aux odeurs 0,25 Améliorer le paysage urbain 0,08 Préserver le patrimoine culturel 0,00 Respecter les quartiers «villages» 0,08 Préserver les habitats des salissures TO DEDUCE THE WEIGHTING FACTORS FROM THE HIERARCHY Maîtriser l environnement 40% A l échelle planétaire 20% Conserver un environnement favorable à la vie humaine 5,0% Limiter l effet de serre 10,0% Limiter le dérèglement climatique 5,0% Protéger la couche d ozone 8% Conserver les ressources naturelles 1,6% Limiter l extinction d espèces naturelles 1,6% Limiter l extinction de milieux naturels 4,8% Limiter les consommations d énergies 4% Limiter la pollution maritime 8% Limiter la production de déchets persistants 60% A l échelle locale 0% Concernant les milieux naturels 0,0% Limiter l appauvrissement des sols 0,0% Protéger la faune 0,0% Protéger la flore 0,0% Préserver les paysages 0,0% Limiter les bétonnages à outrance 60% Concernant les milieux humains 35,0% Concernant la santé publique 17,50% Limiter les effets de la pollution de l air 8,750% Des pics de pollutions 4,375% De la pollution de fond 4,375% Limiter les effets des accidents 17,50% Limiter les effets du bruit sur la santé 15,0% Concernant la qualité de vie 11,25% Limiter la gêne 9,000% Due aux bruits 0,000% Dues aux fumées 2,250% Dues aux odeurs 3,75% Améliorer le paysage urbain 5,0% Préserver le patrimoine culturel 0,0% Respecter les quartiers «villages» 5,0% Préserver les habitats des salissures

11 Why to aggregate? Aggregation methods Simplifier Quantifier Communiquer : How to aggregate? Various types of aggregation : - combining a synthetic indicator in a given discipline - geographical or temporal aggregation - multi disciplinary aggregation Which method for aggregating? - Without aggregation - Without compensation - Complete Aggregation - Partial Aggregation

12 Famille de méthodes d agrégation Sans Agrégation Sans Compensation Agrégation Complète Agrégation Partielle Principes Hypothèses Exemples Avantages Inconvénients Domaine d application Définition de seuils binaires par critère Indice de synthèse Comparaison 2 à 2 de variantes Indice de surclassement Analyse relations de surclassement Poids dictatorial des critères principaux Commensurabilité des critères Comparabilité (préordre total) Compensation Non commensurabilité Incomparabilité (préordre partiel) Intransitivité des préférences Diagramme radar Très simple Pas d agrégation Contraintes techniques Critères exclusifs très peu nombreux (<7) Hiérarchie de critères : approches lexicographiques Notes scolaires Moyenne pondérée Fonctions d utilité (UTA) Goal Programming Electre Prométhée Simple, rapide Efficace Robuste Critères qualitatifs Insensible aux échelles Effet de seuil Pas de compensation Hypothèses contraignantes Pb d exhaustivité, Pb de représentativité Pb de légitimité (cas de la monétarisation : biais focalisation du questionnement, valeur d usage?, compensation entre domaines hétérogènes : forte subjectivité introduite Performance Forme des résultats Contraintes techniques Critères exclusifs Problématiques bien délimitées à objectif unique ou convergents (économie, logistique, militaire) Critères de nature différente. Décisions complexes (incomparabilité) Implication des décideurs

13 Comparison for the all criteria Aggregation in a unique criteria A1 A2 A3 A4 C1 C2 C3 C4 C5 C6

14 Aggregation in a unique criterion Advantages of these methods Each situation has a final evaluation You can compare it to all the others You know the difference of performance between two situations You directly answer to various problems (choice, ranking...)

15 Aggregation in a unique criterion Limits of these methods A common scale for all the criteria is not natural and easy to find The transformation functions are not easy to find or to justify

16 Aggregation in a unique criterion Limits of these methods These methods are not able to integrate incomparability situations which are a reality of the judgement of actors These methods are not able to introduce threesholds allowing to distinguish significative differences from the ones that are not Finally, these methods give more precise results than reality which generate problems of signification and of representativity

17 Electre Tri [YU, 1992] (ELimination Et Choix Traduisant la REalité)! Incomparabilty.! Overranking Concordance and discordance per criteria. Relation and structure of "flou" overrranking. Optimistic / pessimistic affectation.! Threesholds of preference for each criteria! Degree of credibility.! Ponderation of concordance indices. Advantages :! Ranking. approach! Comparison between actions and a stable reference Disadvatanges :! Lisibility et transparency.! Comparability.

18 Electre aggregation Goals :! These methods do not transform scales to find a commun dimension to all the scales! These methods are based on pair comparisons

19 Comparison of actions for all the criteria Another way to compare two actions is to represent each profil of each candidate according to each criteria : A2 A1 C1 C2 C3 C4 C5 C6

20 Electre aggregation Le surclassement : définition La situation i A1 surclasse la situation i A2 ssi La situation ti A1 est au moins aussi bonne que la situation A2 «Au moins aussi bonne que» signifie soit indifférentes, soit on préfère A1

21 Comparison of actions for all the criteria Another way to compare two actions is to represent each profil of each candidate according to each criteria : A2 A1 C1 C2 C3 C4 C5 C6

22 Electre aggregation! What is a majority of criteria?! Let's give an "ability to vote" P to each criterion! Each criterion will vote favorably with a voice V! P! Let's define a majority such as a weighting percentage necessary to fit for the overranking (ex : 70%)

23 Electre aggregation 1st condition : Majority condition The A1 action is overranking the A2 action If Total of votes V in favour ! majority Total of possible votes

24 Comparison of actions for all the criteria A2 A1 C1 C2 C3 C4 C5 C6

25 Electre aggregation 2nd condition : "lack of veto" condition The A1 action is overranking the A2 action if not any criteria can be definetively opposed to the overranking A criteria on which an actor has given a veto ability may be opposedto to the overranking whatever its weighting and the majority

26 Comparison of actions for all the criteria Veto condition: here, no veto A2 A1 C1 C2 C3 C4 C5 C6

27 Comparison of actions for all the criteria Veto condition: here, C6 avoids the overranking of A2 by A1 A2 A1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 Veto

28 Electre aggregation Consequences of overranking! 3 options :! A1 overranks A2, but A2 is not overranked by A1 : A1 is globally prefered to A2! A1 overranks A2 and A2 overranks A1 A1 and A2 are globally indifferent! A1 is not overranking A2 and A2 is not overranking A1 A1 and A2 are globally incomparable

29 ATMO Indice ATMO Particules SO2 NO2 O3 Indice Qualificatif Couleur Moyenne des moyennes journalières Moyenne des maxima horaires 1 Très bon Vert Très bon Vert Bon Vert Bon Vert Moyen Orange Médiocre Orange Médiocre Orange Mauvais Rouge Mauvais Rouge Très mauvais Rouge en µg/m³

30 Construction of a thermometer Ten categories C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

31 Construction of a thermometer Limit profiles C1 C2 P1 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

32 Construction of a thermometer Limit profiles C1 C2 C3 C4 C5 C6 P5 C7 C8 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

33 Construction of a thermometer Limit profiles C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 P9 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

34 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 A1 P9 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

35 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 A1 P8 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

36 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 A1 P7 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

37 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 P6 C5 C6 C7 C8 A1 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

38 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 P5 C5 C6 C7 A1 C8 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6

39 Comparison of an action to "limit" profiles Aggregation procedure C1 C2 C3 C4 P4 C5 C6 C7 A1 C8 C9 C10 Galance C1 C2 C3 C4 C5 C6 Veto

40 ! Results : "Communication"!"#$%"&$'()(!ousval!Ben+amin! !Aide!multicrit9re!:!l évaluation!de!l impact!des!transports!sur!l environnement>!?h9se!de!doctorat>!aniversité!paris!id! Eauphine.!Eirecteurs!de!th9se!3!Eenis!BouGssou!H!Luc!Adolphe!!!"*)+),"'-.)-''/)-."0)1,234 JaGous!Arnaud.!.200K23!Contribution!:!l évaluation!environnementale!d un!pro+et!de!transports!urbains>!némoire!de!travail!de!oin!d étude!ipja!?oulouse>!eirecteur!de!mémoire3!luc!adolphe!! 562"7)-4,"/'12/&(!3!! Pro+et!Prospective!de!l Impact!Environnemental!des!?ransports!.PIE2!3!l Aide!:!l évaluation!environnementale!des!sgst9mes!de!transport>!!apport!oinal>!?ome!2>!propositions>!200!p.>!aeene"!ip!e?j>!ruillet!2001!! Pro+et!Prospective!de!l Impact!Environnemental!des!?ransports!.PIE2!3!l Aide!:!l évaluation!environnementale!des!sgst9mes!de!transport>!!apport!oinal>!?ome!2>!propositions>!21.!pro+et!prospective!de!l Impact!Environnemental!des!?ransports!.PIE2!3!l Aide!:!l évaluation! environnementale!des!sgst9mes!de!transport>!!apport!oinal>!?ome!s>!analgse!bibliographique>!1sp.>!aeene"!ip!e?j>!nai!2001!! V!141'/("8!K!)-"1/2./'((3!! Adolphe!L.>!A!Computational!design!support!tool!Oor!Justainable!Arban!Eevelopment>!PLEA200W>!22"2K!Povembre>!Jingapour!.! Adolphe!L.>!?oXards!an!integrated!decision!process!oO!sustainable!urban!pro+ects>!JB0W>!S2"SK!Jeptembre>!Lisbonne!.! Adolphe!L.>!A!value!Oocused!decision!maYing!method!Oor!the!sustainabilitG!evaluation!oO!urban!districts>!CIJBA?>!K"Z!Jeptembre>!Lausanne!.!!ousval!B.!H!Adolphe!L.>!Aide!multicrit9re!:!l évaluation!de!l impact!des!transports!sur!l environnement!3!une!approche!par!les!ob+ectios>!ji[ee>! SV"22!Ruin>!\en9ve.

41 Results : the Impact tool Computer science specifications Modèle de données Modèle logique

42 Screenshot presenting the hierarchy structure Impact, a computer tool using Access

43 Conclusion A new methodologic framework for the environmental evaluation of transportation systems : - a method for the choice of indicators, based upon an innovative morphological and structural framework, - a method of structuration of the set of indicators based on a generical hierarchy of objectives for various actors, using avalue focused approach by Keeney, - utilisation of a multicriteria aided evaluation method to embed this set of indicators in a decision context