Projet ANR DEMOCRITE CSOSG 2013 DEmonstrateur d un MOteur de Couverture des RIsques sur un TErritoire. Emmanuel LAPÉBIE 1, Christine LAPÉBIE 1, Stéphane RACLOT 2, Thomas ROGAUME 3, David HERVÉ 4, Nicolas ROY 5, Gilles DUSSERRE 6, Karine FAVRO 7, Stéphane GAUBERT 8 1 CEA, DAM, GRAMAT, F-46500 Gramat, France 2 Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris, 1 Place Jules Renard, 75823 Paris cedex 17, France 3 Institut P UPR 3346 CNRS, 1 Avenue Clément Ader, Téléport 2 - BP40109, 86961 Futuroscope-Chasseneuil, France 4 Société IPSIS, 3 square du Chêne Germain, 35510 Cesson-Sévigné, France 5 Société SYSTEL, BP 31, Z.I. de Belle Aire, 17442 Aytré Cedex, France 6 ARMINES, LGEI, École des Mines d'alès, Rue Jules Renard, 30100 Alès, France 7 CERDACC, EA 3992, Université de Haute Alsace, 16 Rue de la Fonderie, 68100 Mulhouse, France 8 INRIA Saclay - EPI MAXPLUS, Route de Saclay, CMAP, École Polytechnique ; 91128 Palaiseau, France emmanuel.lapebie@cea.fr Résumé Nous présentons le projet DEMOCRITE, retenu dans le cadre de l appel à projets ANR CSOSG 2013 et qui débutera en mars 2014. Dans une première partie, les objectifs du projet sont décrits ainsi que les compétences des partenaires. La seconde partie détaille les principales tâches du projet. La conclusion précise les jalons majeurs du projet. Abstract We present the DEMOCRITE project, funded through the ANR CSOSG 2013 call and beginning in March 2014. The goals of the project are described in a first part as well as the partners skills. In a second part, the main tasks are detailed. In conclusion we list the major milestones of the project. 1. Objectifs de DEMOCRITE 1.1 Résumé du projet La plateforme logicielle DEMOCRITE intègrera des outils d analyse et de couverture de risques sur un territoire. Utilisables en planification froide comme en temps de crise, ils serviront à mettre en adéquation la réponse de secours (en nature, nombre, positionnement des moyens) avec la couverture des risques retenue, quantifiée et validée par l autorité. Certains outils seront testés sur territoire restreint (2,5 km²) et l extension à un territoire de grande ampleur sera étudiée. Ces outils visent à cartographier les probabilités d occurrence des risques ainsi que les vulnérabilités intrinsèques (conséquences potentielles d un évènement non souhaité). Les diverses approches d optimisation des ressources seront évaluées. 1.1.1 Modélisation du développement dynamique de risques complexes Ces risques de probabilité faible impliquent une réponse opérationnelle dite de niveau 3. Ils peuvent avoir des conséquences de grande ampleur et de solliciter l engagement de nombreux moyens. DEMOCRITE traite pour l instant deux risques complexes et leur couplage : l incendie et l explosion. D autres (inondation, épidémie,...) seront envisagés en post-démonstrateur. La représentation urbaine sera issue de données SIG (Système d Information Géographique). Le modèle de propagation d incendie sera basé sur un automate cellulaire dont les règles de transition seront établies à partir de simulations physiques. Un modèle local permettra de reproduire pour différentes typologies de locaux les phases d évolution de l incendie. Les effets d une explosion (accident technologique, attentat ) en milieu urbain seront établis à partir d un code numérique de référence.
La géométrie sera également issue des données SIG. Des approches simplifiées seront testées pour sélectionner le niveau de modélisation adapté pour DEMOCRITE. L explosion pourra être la cause ou la conséquence d un incendie. 1.1.2 Cartographie des propensions de risques Ces risques de probabilité élevée (exemple : secours aux personnes, 80% des interventions sur le secteur BSPP) peuvent nécessiter l activation d un suivi de niveau 1 ou 2 au sein du centre opérationnel de la BSPP. L analyse des interventions passées montre que la répartition des probabilités d occurrence n est pas isotrope sur le territoire et dans le temps. L optimisation de la couverture des risques passe donc par une cartographie précise de ceux-ci. L agrégation des risques unitaires sera étudiée. L étude du retour d expérience sera associée à une approche statistique pour analyser l évolution des risques liée à l aménagement du territoire. Par exemple, les statistiques d intervention sur accidents de la circulation ne suffisent pas pour prédire l évolution des risques liés à l ouverture de nouveaux axes routiers : il faut pouvoir corréler au préalable celles-ci à d autres données (nombre d usagers, vitesse, conditions météo). 1.1.3 Cartographie des vulnérabilités intrinsèques Les vulnérabilités intrinsèques sont les caractéristiques propres d un territoire qui jouent sur l étendue des conséquences en cas d accident. Elles peuvent aussi varier dans l espace et dans le temps. Par exemple, la présence d un établissement recevant du public (ERP), à forte densité d occupation (stade pendant une rencontre sportive) augmentera la vulnérabilité locale dans sa dimension vulnérabilité humaine durant la durée de la rencontre sportive. Par ailleurs, la marche nominale d une société dépend de sa capacité à assurer certaines fonctions (vulnérabilité fonctionnelle) reposant sur des éléments cartographiables (gouvernement ; éducation, etc.). La localisation de l élément vulnérable (poste de transformation) peut aussi différer de la zone affectée en cas de défaillance (alimentation d un quartier). Les vulnérabilités humaines et fonctionnelles feront l objet de cartographies spécifiques, et la dimension «vulnérabilité réseaux», prise en compte en-dehors du présent projet par le CEA-Gramat, sera également intégrée. Ces cartographies serviront d aide à la décision opérationnelle lors d interventions (zones à évacuer en priorité, périmètre de sécurité ). 1.2 Positionnement du projet Le projet DEMOCRITE, qui s inscrit dans des travaux de recherche industrielle, vise à développer le démonstrateur d un moteur d analyse et de couverture des risques sur un territoire étendu. L idée est née de travaux de faisabilité [9] menés en interne à la Brigade de Sapeurs- Pompiers de Paris (BSPP). L objectif, conforme au schéma interdépartemental d analyse et de couverture des risques (SIDACR) élaboré en 2011 [3] est de pouvoir modéliser l analyse et la couverture des risques afin d adapter les moyens du service d incendie et de secours à l évolution continue de ses missions, des risques à couvrir et de son territoire de compétence. DEMOCRITE fournira des outils d aide à la décision pour le commandement pour la gestion de crise (planification chaude) et pour la prévision de l évolution des risques et l optimisation de leur couverture (planification froide), dans les domaines suivants : - Le déploiement des moyens opérationnels sur un territoire donné. - La définition de la réponse capacitaire à apporter à la couverture des risques du territoire. - L adaptation des règles d engagement des détachements du système de diffusion de l alerte et de gestion informatisée des opérations (ADAGIO). - La connaissance des risques et des conséquences sur l environnement, les biens, la population. - La simulation possible d un scénario méconnu ou la création de «territoires virtuels» en vue d appuyer un avis sur l urbanisation et l aménagement du territoire. Enfin, DEMOCRITE pourra, en particulier dans sa version post-démonstrateur, contribuer à la simulation de l émergence et de la gestion de crises dynamiques de grande ampleur nécessitant la mise en œuvre de moyens exceptionnels. Le démonstrateur DEMOCRITE sera développé avec les mêmes règles de qualité logiciel qu un produit fini, et intègrera les principales fonctions de l outil final post-démonstrateur. Les TRL visés correspondent à une recherche industrielle avancée (TRL 3 et 4), pour le développement des prototypes des outils (tâches 3, 4, 5 et 6). L intégration de DEMOCRITE dans la plateforme BSPP (tâche 7) relève en partie du TRL 5 (validation en environnement représentatif). 1.2.1 Caractère novateur du projet Le principe novateur de DEMOCRITE repose sur le fait de coupler des travaux scientifiques «amont» visant à assurer une cartographie précise des risques et de leur dynamique au retour d expérience capitalisé à la BSPP, le tout en lien avec un SIG (Système d Information Géographique). Les modèles simplifiés qui en résulteront auront ainsi une base physique solide et représenteront correctement les phénomènes observés sur le terrain. Le démonstrateur doit lever un certain nombre de verrous scientifiques et technologiques pour faire la preuve de l intérêt de développer un outil opérationnel : - Capacité à prendre en compte des risques complexes, dynamiques, à l aide d un formalisme mathématique rigoureux (levée de verrous scientifiques).
- Possibilité de traiter et corréler des données multisources, multi-formats pour évaluer les risques courants (levée de verrous sur le traitement de l information). - Compatibilité avec d autres formats, plateformes et outils, dialogue entre des outils multiples au sein de DEMOCRITE, présentation synthétique des résultats de manière à atteindre les fonctionnalités opérationnelles spécifiées (levée de verrous d intégration). - Aptitude à traiter l analyse et la couverture des risques dans un cadre légal et règlementaire défini (levée de verrous d utilisation). Le caractère innovant des activités scientifiques est détaillé dans les tâches correspondantes, mais les éléments suivants peuvent être rappelés : - Il n existe pas en France d outil de simulation rapide, opérationnel, simplifié mais réaliste (non empirique) pour la propagation d un incendie en milieu urbain, a fortiori en lien avec un SIG. - Malgré certaines initiatives, il n existe pas de modèle rapide, opérationnel, simplifié mais réaliste (non empirique) pour les conséquences d explosion en milieu urbain, a fortiori en lien avec un SIG. - L exploitation des retours d expérience BSPP couplée à des données multi-sources pour élaborer une cartographie précise des propensions de risques (tâche 5), est également une originalité du projet ; les approches mathématiques seront choisies selon les recommandations du partenaire INRIA/X. - L utilisation d outils de type SIG afin de déterminer des cartographies de vulnérabilités a priori a été proposée pour la première fois par les deux partenaires ARMINES-LGEI et CEA-G. L extension de cette démarche (tâche 6), améliorera la résolution spatiale des résultats et abordera le traitement de la vulnérabilité des réseaux et des infrastructures critiques définies par l Étatmajor de zone (SGZDS). Le caractère ambitieux du projet repose aussi sur les caractéristiques du territoire étudié et la complexité des enjeux [3], [4] : - La zone de compétence couvre 4 départements et les emprises de trois aéroports. - La présence de réseaux multiples : réseaux de transports denses, réseaux liés à l énergie - La présence de nombreuses structures institutionnelles. - La population résidente, qui représente plus de 10% de la population française. - La population défendue, qui intègre de nombreux non-résidents (touristes et autres). - La variété des interventions possibles (plus de 200 types différents). 1.3 Présentation du consortium 1.3.1 Cohérence du consortium Les partenaires du projet regroupent les compétences nécessaires pour traiter les trois volets de DEMOCRITE : opérationnel, scientifique et informatique. Pour le volet opérationnel, la BSPP, à l origine de la pré-étude, s implique à un fort niveau (plus d une personne à temps plein durant le projet) pour la spécification, le suivi opérationnel, la mise à disposition et le traitement des données métier. SYSTEL, qui intègre des solutions opérationnelles au profit des services d incendie et de secours, assurera le lien entre le volet opérationnel et les volets informatique et scientifique. Pour le volet scientifique, les activités sur la modélisation des risques complexes que sont l incendie et l explosion seront menées par deux experts de ces domaines, respectivement PPRIME et CEA-G. L automate cellulaire sera développé par IPSIS, spécialisée dans le développement de logiciels à fort contenu scientifique. Les cartographies de vulnérabilité seront développées par ARMINES et le CEA-G, partenaires à l origine de ces approches. La validité des approches mathématiques adoptées durant le projet sera validée par INRIA/X, qui sera le conseiller scientifique des différents partenaires durant le projet. Pour le volet informatique, IPSIS assurera le pilotage informatique, le suivi du développement des prototypes et leur intégration pour la réalisation du logiciel DEMOCRITE, dans le respect des normes de qualité logiciel. SYSTEL assurera les échanges avec les outils opérationnels (BSPP et autres plateformes connues) et les traitements spécifiques sur les données SIG. Enfin ARMINES, qui a pour partie vocation à la formation et la prospective dans le domaine de la gestion opérationnelle des risques, pilotera les actions de dissémination. 1.3.2 Compétences des partenaires CEA-G (Commissariat à l Énergie Atomique, Centre de Gramat) Le CEA, centre de Gramat appartient à la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA. Le CEA/DAM est un acteur majeur de la défense et de la Sécurité en France. Le CEA-Gramat est en particulier chargé de l expertise sur les effets des explosifs et munitions et privilégie une approche couplée expérimentation / modélisation pour répondre à ses clients. Les codes utilisés vont des codes de physique les plus évolués jusqu aux approches technicoopérationnelles simplifiées. Le CEA-Gramat est membre ou leader de nombreux projets interdisciplinaires, et à une longue expérience de la gestion de projets techniques complexes impliquant plusieurs partenaires.
BSPP (Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris) La brigade de sapeurs-pompiers de Paris, placée pour emploi sous l'autorité du préfet de police, est chargée de la prévention, de la protection et de la lutte contre les incendies, à Paris et dans les départements des Hauts-de- Seine, de la Seine-Saint-Denis et du Val-de-Marne. Elle intervient en dehors des limites territoriales sur décision du préfet de police ou du ministre de l'intérieur. Elle concourt, avec les autres services et professionnels concernés, à la protection et à la lutte contre les autres accidents, sinistres et catastrophes, à l'évaluation et à la prévention des risques technologiques ou naturels, ainsi qu'aux secours d'urgence dans les limites territoriales mentionnées à l'alinéa précédent. La BSPP reçoit annuellement un million huit cent mille appels d urgence et gère un demi million d interventions reparties sur les départements Paris, Hauts de Seine, Seine Saint Denis et Val de Marne. Ces interventions sont pour l essentiel des feux, du secours à victimes et des interventions diverses. PPRIME (Institut P -UPR 3346) L Institut P est un acteur majeur de la recherche en France et est internationalement reconnu dans le domaine de la sécurité incendie, à travers les travaux conduits au sein de l axe «Combustion hétérogène, transferts en milieux poreux» du Département D2, Fluides, Thermique, Combustion. Ces travaux concernent l étude expérimentale de la décomposition thermique, de la formations des polluants et des feux en milieux confinés mais également le développement de modèles de pyrolyse ainsi que la simulation numérique des incendies, que ce soit en espace confiné ou bien ventilé. Société IPSIS IPSIS, filiale opérationnelle du groupe IT Link, est spécialisée dans le développement et l intégration de logiciels scientifiques à haute valeur ajoutée, notamment dans le domaine de la gestion du risque, la cartographie 2D/3D, la gestion de données météorologiques, la manipulation de données stockées en SGBD, le développement de plateformes d accueil modulaires. IPSIS a en particulier travaillé pour le CEA-Gramat/CATOD (Logiciel opérationnel Toutatis d analyse de l efficacité des armements), pour le CEA-Bruyères (Logiciel CERES NRBC d aide à la décision pour la gestion de crises NRBC) et pour la DGA-MNRBC (Logiciel OXER BC, plateforme opérationnelle de simulation d incidents NRBC) ainsi que DGA-MI (Logiciel ALOAS, plateforme d accueil dédiée à l analyse du signal). Société SYSTEL SYSTEL est une entreprise intégrateur de systèmes qui innove en permanence. Les systèmes de télécommunications sont un domaine exceptionnel pour exprimer les talents et les motivations de ses équipes. Du dispositif de commandement et d'aide à la décision pour les forces de la Sécurité Civile, aux systèmes radios en région subtropicale, les compétences de l'entreprise sont mobilisables en tout lieu. SYSTEL est présente aujourd'hui sur l'ensemble du territoire français avec 40 départements installés en système d'alerte, gestion de transmission et réseaux de radiocommunication. Elle équipe par ailleurs plus de 1000 centres de secours avec des terminaux de traitement de l'alerte et équipements de messagerie. ARMINES (ARMINES-Laboratoire de Génie de l Environnement Industriel-Institut des Sciences du Risque) ARMINES, au travers de l Institut des Sciences du Risque basé à Alès, étudie à la fois les risques naturels, industriels et d origine malveillante. Parmi les thématiques abordées, on citera l analyse de risques, les différentes approches de la vulnérabilité (humaine, fonctionnelle, psychomédiatique, etc.), le développement d outils de formation et de gestion de crise, les systèmes d information géographique, les phénomènes accidentels (explosion, incendie, dispersion toxique, ) et les systèmes d atténuation (mitigation) des conséquences. CERDACC (Centre Européen de Recherche sur le Risque, le droit des Accidents Collectifs et des Catastrophes) Le CERDACC (EA 3992) a pour objet : (a) d'étudier les dispositifs de toute nature, juridique, judiciaire, administratif mis en place après les catastrophes technologiques ou naturelles ainsi que dans le prolongement des accidents collectifs ; (b) d aborder les risques dans leur diversité (technologiques, industriels, naturels, liés à la santé et aux activités humaines) dans une perspective de prévention ; (c) d étudier la réparation des dommages subis, sous l angle des mécanismes assurantiels, du recours à la solidarité nationale et des actions visant à établir les responsabilités administratives, civiles et pénales. Le CERDACC aborde maintenant les événements dans une perspective plus globale, celle de la prévention et de la gestion des risques. Dès lors, l'une des équipes de recherche interne développe sa réflexion sur le thème des risques et de la sécurité. INRIA/X (Équipe MAXPLUS commune INRIA CMAP Polytechnique) L'équipe Maxplus est une équipe-projet INRIA commune au centre INRIA Saclay - Île-de-France et au CMAP (Centre de Mathématiques APpliquées) de l'école Polytechnique, UMR 7641, CNRS. Elle est localisée au CMAP. Les thèmes de l'équipe incluent les mathématiques de la décision (théorie des jeux, optimisation et recherche opérationnelle), ainsi que la modélisation de systèmes à événements discrets. Certains de ses travaux touchent à la dynamique des populations.
Spécifications Tests 2. Programme scientifique 2.1 Structure du projet Le projet DEMOCRITE vise à démontrer la faisabilité de nouvelles méthodes d appréhension des risques courants et exceptionnels de sécurité civile, à partir d une approche globale couplant une prédiction par la simulation et une analyse statistique des évènements recensés. Dès sa version «démonstrateur», DEMOCRITE fédèrera des outils et fonctionnalités qui n existent à l heure actuelle dans aucun logiciel. Son intégration à la plateforme BSPP permettra de l évaluer à une échelle réaliste. Le programme de travail aborde des volets scientifiques amont et des approches applicatives. L objectif qui soustend le projet est d obtenir un démonstrateur opérationnel pour l analyse et la couverture de risques de toutes natures, ce qui se traduit par une forte implication de la BSPP, tout en fiabilisant des approches jusque-là empiriques par un socle scientifique solide fondé sur les compétences d experts des différents domaines concernés (PPRIME, CEA-G, ARMINES et INRIA/X) sans négliger la qualité du logiciel réalisé (IPSIS, SYSTEL). La structure du projet répond aux trois volets complémentaires qui forment le socle de DEMOCRITE : - Un volet opérationnel [O], à l origine du besoin exprimé pour le projet. - Un volet scientifique [S], pour la modélisation des différents risques et l exploitation de données. - Un volet informatique [I], pour le développement et l intégration du démonstrateur. Les tâches du projet (TAB. 1) sont rattachées à un ou plusieurs des volets ci-dessus (FIG. 1) TAB. 1 : Tâches du projet N Intitulé Type 01 Management du projet Coordination OSI 02 Acquisition et organisation des données O 03 Prototype risque incendie et conséquences S 04 Prototype risque explosion et conséquences S 05 Cartographie des propensions de risques I 06 Cartographie des vulnérabilités S 07 Codage et intégration des outils I 08 Dissémination et valorisation OSI 09 Enjeux sociétaux et organisationnels O 10 Tests et généralisation OSI T01 Management - Coordination T03 Incendies et conséquences T04 Explosions et conséquences T06 Vulnérabilités intrinsèques T02 T05 Propensions risques et restitution Gestion des données T7 Développement et intégration T09 Enjeux sociétaux et organisationnels T08 Dissémination et valorisation T10 Généralisation T0 T0 + 1 an T0 + 2 ans T0 + 3 ans T0 + 4 ans FIG. 1 : Déroulement schématique des tâches 2.2 Description des tâches Les paragraphes qui suivent décrivent succinctement les différentes tâches du projet, le format du présent article ne permettant pas d entrer dans les détails de chacune d entre elles (en particulier les démarches de validation des modèles ou les méthodologies mathématiques adoptées). 2.2.1 Tâche 01 : Management (pilote CEA) La particularité de cette tâche de management est d intégrer, outre le management technique et administratif du contrat et la coordination globale su projet, deux soustâches spécifiques : le suivi opérationnel (depuis l expression détaillée du besoin jusqu aux tests de DEMOCRITE) et le suivi informatique (incluant les aspects «qualité logiciel»). 2.2.2 Tâche 02 : Acquisition et organisation des données (pilote BSPP) Cette tâche est un point essentiel à la réussite du projet. Trois types de données ont été identifiés : - Type 1 : Données de RETEX : Ces données sont disponibles à la BSPP et leur contenu pourra être amélioré en fonction des préconisations issues du projet. Une extension au territoire national sera envisagée : des travaux sur les protocoles d échanges de données de type «sécurité civile» sont déjà en cours. Ces données serviront à établir des cartographies de propension a posteriori des risques de différentes natures et de leur évolution (tâche 05). - Type 2 : Bases de données cartographiques existantes : Les données de différents opérateurs, disponibles par convention ou acquisition, serviront dans l analyse de propensions des risques (tâche5) et dans l analyse des vulnérabilités intrinsèques (tâche 6). En tâche 5, certaines données seront corrélées aux données de RETEX pour déterminer des cartographies de propension a priori des risques. En tâche 6, elles seront utilisées pour déterminer la répartition des personnes en fonction de la période temporelle, ainsi que pour établir la cartographie de vulnérabilités réseaux. De nombreuses bases sont déjà disponibles à la BSPP (réseau d eau potable desservant également les hydrants, réseau de gaz, réseau de vapeur, égouts, métro, etc.) et certaines seront acquises dans le
cadre du projet (exemple en FIG. 02). La question de la disponibilité des données de type 2 sur le territoire national sera abordée dans le projet. Certaines bases de données IGN (BD TOPO) sont disponibles sur l ensemble du territoire. D autres données, communiquées par des opérateurs (réseaux d eau, etc.) sont spécifiques au SIG BSPP. DEMOCRITE permettra d identifier les données nécessaires à la modélisation de la couverture de risques. FIG. 2 : Densités de population (extrait base ESRI Ilot+) - Type 3 : Données spécifiques liées aux nouveaux modèles : Lors du développement des modèles d incendie (tâche 3) et d explosion (tâche 4), des besoins en données spécifiques vont apparaître. Certaines nécessiteront l intégration manuelle ou semi-automatique d attributs dans des fichiers géoréférencés. Par définition, les données de type 3 n existent pas dans les bases cartographiques. DEMOCRITE permettra d identifier les données nécessaires à la modélisation pour, à terme, engager une démarche de cartographie des informations pertinentes ou le rapprochement avec des opérateurs ou des institutions disposant de ces données. Les travaux sur les données de type 3 consisteront à développer et renseigner les couches d information nécessaires, dans un premier temps sur un secteur géographique réduit (2,5 km², 3 000 bâtiments, FIG. 03). Au-delà de l application envisagée à la BSPP, cette tâche étudiera la disponibilité des différents types de données sur le territoire national. FIG. 3 : Territoire d étude pour les données de type 3 (contour en bleu : Paris limite Vincennes) 2.2.3 Tâche 03 : Prototype risque incendie et conséquences (pilote PPRIME) La modélisation d un incendie en milieu urbain peut être envisagée selon plusieurs approches [2]. La simulation numérique directe depuis le début d un incendie dans une pièce d un bâtiment jusqu à la propagation à des bâtiments voisins n est pas adaptée ici : - le calcul nécessaire, lié au domaine envisagé (2,5 km² au minimum) et au niveau de précision demandé (dimension caractéristique bien inférieure à la dimension d une pièce) est rédhibitoire, y compris sur les calculateurs de puissance les plus performants. - la définition des cas de calcul nécessiterait, outre les géométries 3D détaillées (intérieures et extérieures aux bâtiments), la description des propriétés physico-thermocinétiques de l ensemble des matériaux présents dans les locaux. Ces données ne sont pas accessibles. Nous envisageons par conséquent le recours à des modèles de propagation simplifiés (échelle «macro»), mais néanmoins respectueux de la physique des phénomènes à l échelle d un logement unitaire (échelle «micro»). Le travail que nous proposons repose donc sur l étude multi-échelles du phénomène de propagation d un incendie. L enjeu du modèle multi-échelles est de déterminer pour des cas types préalablement définis, l évolution des paramètres caractéristiques d un sinistre au cours du temps puis de comparer ces caractéristiques types aux conditions aux limites qui permettent au sinistre de se propager d une «maille» à une autre dans le modèle «macro». Le développement du modèle multi échelles fait l objet de 5 sous-tâches : Analyse statistique de logements ou locaux types ; Étude statistique des scénarios-types d incendie ; Modélisation numérique des scénarios-types d incendie ; Établissement des critères de transition pour le couplage micro/macro ; Développement du modèle «macro» de propagation en milieu urbain. Pour ce dernier modèle, il est envisagé d utiliser une approche de type «Automate Cellulaire» dont les derniers développements (critères de transition complexes, définition étendue des voisinages, maillage non structuré) ont été utilisés avec succès pour prédire de développement d incendies en milieu urbain ([16], [17] notamment). La plus-value de l approche développée dans DEMOCRITE est de remplacer les critères de transition empiriques généralement utilisés par des critères issus des modélisations numériques à l échelle «micro». 2.2.4 Tâche 04 : Prototype risque explosion et conséquences (pilote CEA-G) Les conséquences d une explosion sur des infrastructures ou des êtres vivants sont essentiellement dues à la propagation d une surpression aérienne, qui dans sa forme la plus simple (champ libre) peut être caractérisée par un nombre limité de paramètres. Parmi ceux-ci, la
surpression aérienne incidente ( P + ) et l impulsion de pression de la phase positive du signal (I + ) sont utilisées pour calculer des conséquences déterministes ou probabilistes [14]. La présente tâche, qui vise à obtenir un modèle simplifié de conséquences, nécessite : 1. De disposer d un code numérique de référence, capable de calculer la propagation d une onde de choc aérienne en présence d obstacles. 2. D avoir une méthode de simplification qui permette de déduire de simulations numériques préalables un modèle simplifié de conséquences. En effet, il n est pas envisageable, du fait des temps de calcul et de la complexité de mise en œuvre, d intégrer dans DEMOCRITE le code de référence. 3. D être en mesure d importer une géométrie urbaine «réelle» dans le code de référence et dans le modèle simplifié. Cette géométrie est disponible dans les SIG sous forme de données «shapefile». 4. De choisir un ou plusieurs modèles de conséquences, et de les implémenter dans le code numérique et dans le modèle simplifié. Les limites de ces modèles seront étudiées. 5. D élaborer des critères de couplage bidirectionnels entre le risque incendie et le risque explosion. Chacun des points ci-dessous fait l objet d une soustâche, sachant que les points 1 et 3 ont déjà été traités par le CEA-G en amont du projet DEMOCRITE. Le code de référence est le code HI2LO, développé sur les spécifications et au profit du CEA-G par la société RS2N [5], [6], [8]. Un exemple de simulation d explosion après importation d une géométrie SIG (BD TOPO de l IGN) est présenté en FIG. 4. FIG. 4 : Explosion au sud de la place de la Nation (simulation 3D HI2LO, lieu réel et pressions au sol) Le point dur est la faisabilité d un modèle simplifié de propagation d onde de choc en milieu urbain (point 2). Plusieurs méthodes complémentaires seront utilisées selon la proximité à la charge et l intensité de l onde de choc. 2.2.5 Tâche 05 : Cartographie des propensions de risques (pilote SYSTEL) La probabilité d occurrence constitue une des deux dimensions du risque. Pour optimiser la couverture des risques et identifier les risques émergents liés à l aménagement du territoire, il est indispensable d avoir une connaissance approfondie et géolocalisée des probabilités d occurrence (propensions) des risques individuels et de leur évolution temporelle, et de prendre en compte également une représentation agrégée des risques unitaires. Cette cartographie sera effectuée a posteriori pour l ensemble des risques par exploitation du RETEX BSPP et utilisation d outils classiques d analyse prédictive. L analyse des risques a posteriori apporte des informations pertinentes, mais ne permet pas de statuer sur les évolutions liées à l aménagement du territoire (modification d un axe routier, fermeture d un établissement hospitalier, modification des réseaux, implantation d ERP ou d établissements industriels présentant des risques spécifiques ). Pour apporter une aide à l analyse des risques émergents et préparer les moyens nécessaires à leur couverture optimale, une démarche de cartographie des risques a priori sera également menée. Elle vise à identifier des corrélations empiriques entre les statistiques d intervention sur des risques spécifiques (données de type 1) et les données provenant d autres sources (données de type 2). Ces corrélations peuvent être : - Temporelles : changement significatif des propensions d un risque donné selon l heure, le jour de la semaine, les dates de manifestations spécifiques, ou à une date précise de l année... - Spatiales : interventions multiples au voisinage d un certain type de bâtiment ou objet géographiques (gare, station de métro, ERP, ) et leurs statistiques accidentogènes associées ; - Complexes : par exemple entre interventions sur accidents circulation (6% des interventions BSPP 2000-2009), gravité des blessures, type de voie et flux de véhicules ; ou entre assistance aux personnes (4% des interventions) ou secours à victimes (68% des interventions) et âge moyen des habitants d un ilot ; entre interventions eau / gaz /électricité (5% des interventions) ou incendies (4% des interventions, parmi lesquelles 42% en intérieur) et vétusté des locaux Compte-tenu du volume de travail nécessaire pour établir de telles corrélations, il n est pas envisageable de traiter l ensemble des risques dans le cadre du présent projet. L objectif st donc de montrer sur quelques exemples (dont les accidents routiers, souvent traités dans la littérature [7] [15]) l intérêt de la démarche, qui pourra être complétée au-delà du projet. Ces propensions de risques a priori seront utilisées pour la simulation de périodes temporelles ce qui permettra à terme (post-democrite) d optimiser la couverture de risques sur des territoires virtuels (modification des caractéristiques d un axe routier, suppression d un hôpital, implantation d un ERP, etc.).
2.2.6 Tâche 06 : Cartographie des vulnérabilités intrinsèques (pilote ARMINES) L importance des conséquences constitue la deuxième dimension du risque. Dans DEMOCRITE, elle se traduit par une analyse des vulnérabilités intrinsèques du territoire, à partir des données produites par la tâche 2. Ces cartographies doivent permettre au commandement opérationnel de répondre à la question suivante : le secteur A, comprenant des enjeux humains et fonctionnels spécifiques, est-il plus ou moins vulnérable que le secteur B, qui comprend des enjeux qui peuvent être différents, en nature et en nombre. Ces informations sont d une importance capitale en planification froide (optimisation des moyens, mise en place préventive de dispositifs de protection, ) comme en temps de crise (priorisation des actions de secours, des évacuations, ). Ce dernier point sera traité hors financement DEMOCRITE dans le cadre d une thèse menée au CEA-G. Les approches de vulnérabilité humaine et fonctionnelle mentionnées ci-dessus sont «statiques» : l occurrence d un évènement néfaste sur une «maille» d étude induit des conséquences (instantanées) sur la même maille. Ce n est pas le cas pour les réseaux ou les infrastructures présentant une forte interdépendance, comme par exemple le réseau de distribution électrique, où le réseau d alimentation en eau potable, qui alimente également les bornes incendie (hydrants). Dans ce cas, une perte de fonctionnalité «locale» peut induire des conséquences sur une zone beaucoup plus vaste (exemple : destruction d un poste de transformation et perte de l alimentation électrique sur un ou plusieurs pâtés de maison.). Il s agit donc de compléter les approches existantes en modélisant l effet cascade d une perturbation au sein des réseaux. Ces outils cartographiques ont été développés par le passé avec succès par ARMINES [10], [11], en particulier au profit du CEA-G [12], [13], sous forme de «plug-in» dans le logiciel SIG MapInfo. La vulnérabilité humaine utilisait une approche quantitative de répartition jour / nuit des populations dans les différents types de locaux basée sur les types d activité disponibles dans les données INSEE issues des recensements. La vulnérabilité fonctionnelle utilisait les couches de données IGN géoréférencées représentatives des fonctions principales d une société (habitat privé, structures de gouvernement et administrations, structures dédiées à l énergie et à la gestion des eaux, aux communications, au transport, à la production, à la santé et la sécurité, aux cultes, à l éducation et à la recherche, aux services à la population, et zones naturelles). Le calcul de la vulnérabilité fonctionnelle globale s appuyait sur une approche de décision multicritère hiérarchisée dont les données sont fournies par l analyse de choix de décideurs. Cette approche permettait déjà d obtenir des cartographies telles qu illustrées en FIG. 5. À noter l importance de la précision des données cartographiques : à l échelle locale et pour la vulnérabilité humaine, on distingue de jour l influence des zones d activité ainsi que des réseaux routier et autoroutier ; et de nuit l influence des zones résidentielles. Dans le cadre de DEMOCRITE, ces approches seront reprises et améliorées selon trois axes : - l amélioration de la précision cartographique, - l amélioration de la répartition spatiale et temporelle des populations, - le traitement de la vulnérabilité des réseaux et des infrastructures critiques interdépendantes. FIG. 5 : Cartographies des vulnérabilités (Nîmes) (haut : humaine de jour et de nuit, bas : fonctionnelle). 2.2.7 Tâche 07 : Développement et intégration (pilote IPSIS) Les travaux à réaliser dans cette tâche relèvent du développement logiciel respectant une démarche méthodologique permettant d assurer l obtention d un logiciel de niveau démonstrateur. Le logiciel DEMOCRITE permettra, sur la base des données de l Infocentre et du socle SIG de la BSPP, de simuler la propagation d un sinistre de type incendie ou explosion, et d afficher les propensions et les vulnérabilités sous la forme d une cartographie des risques, que ce soit en planification à froid ou à chaud.
Une méthodologie de type Agile (SCRUM) sera mise en place en définissant des cycles de production courts (2 mois). Elle favorisera l interactivité avec les différents acteurs (fournitures de maquettes régulières). Le logiciel s interfacera avec les différentes bases de données de la BSPP en favorisant les formats d échanges les plus ouverts et les plus répandus au sein des SDIS. Ces éléments seront formalisés à travers des documents de type spécification de besoin fonctionnel et dossier d interface, permettant d assurer la cohérence entre les différents partenaires. L intégration des différentes contributions des partenaires du projet (données, outils unitaires, prototypes, ) sera synthétisée dans le démonstrateur et permettra d accéder de façon ergonomique aux différentes fonctionnalités, du paramétrage à la restitution cartographique des résultats. La cohérence et la qualité du développement logiciel seront validées à travers le passage des cas de tests définis en phase initiale de projet avec les utilisateurs finaux. 2.2.8 Tâche 08 : Dissémination et valorisation (pilote ARMINES ; copilote : BSPP) Les activités de dissémination constituent une tâche spécifique du projet, dont les principaux livrables sont : - Un projet de dissémination contenant une liste priorisée des journaux, symposiums et sites internet qui permettront de faire connaître le projet, ainsi qu une liste d utilisateurs potentiels de DEMOCRITE ou de l outil opérationnel qui sera développé à partir du démonstrateur. - Un site Web dédié au projet, qui sera utilisé à terme comme «vitrine» pour DEMOCRITE et servira également aux échanges entre participants et à l archivage des documents du projet. Ce site sera développé hors projet DEMOCRITE sous la forme d un stage de fin d études. - L organisation de deux workshops : Une journée thématique sur les enjeux sociétaux et organisationnels de la gestion prévisionnelle des risques et l organisation des secours sur un territoire, et un workshop sur l analyse et la couverture de risques, qui permettra notamment de présenter et promouvoir DEMOCRITE. 2.2.9 Tâche 09 : Enjeux sociétaux et organisationnels (pilote CERDACC) La réflexion menée par le CERDACC sur le thème «risques-territoire» procèdera selon deux axes : (1) La notion de bassin de risques examinée sous l angle du territoire administratif et de la responsabilité des pouvoirs publics ; (2) L égalité des chances sur le territoire national face à la couverture d iso-risque suivant une grille de classification d ordre national. Les conclusions de ces axes de réflexion, liés à la légitimité organisationnelle (bassins de risques) et sociétale (égalité face à la couverture des risques) contribueront aux spécifications de l outil futur, ainsi qu aux recommandations législatives associées. 2.2.10 Tâche 10 : Généralisation et tests (pilote INRIA/X ; copilote BSPP) Les tests de DEMOCRITE et des modèles qui le composent seront réalisés dans différentes tâches : les tâches de développement des modèles incendie et explosion (tâches 3 et 4), la tâche 7 de développement et d intégration (tests unitaires et tests utilisateurs sur les maquettes successives). La présente tâche intègre la formalisation de tests plus complexes en phase finale de développement de DEMOCRITE, sur une plateforme informatique dédiée qui sera dans un premier temps installée au CEA-Gramat. Concernant la généralisation de DEMOCRITE, de nombreuses extensions ont déjà été identifiées : - l amélioration des modèles déjà inclus. - l extension de DEMOCRITE à d autres risques. - la faisabilité d une prise en compte de la topologie 3D (en particulier pour les réseaux de transport). - la prise en compte des moyens de lutte. - l extension des approches «vulnérabilité» à la résilience d infrastructures critiques interdépendantes, incluant les effets dominos et les solutions de continuité. - le couplage avec d autres outils permettant d optimiser la couverture des risques. - l intégration de pondérations associées à l analyse des risques (spatial et temporel) dans les règles d engagement des détachements au sein du système de gestion informatisé des opérations de secours (ADAGIO). - le calcul comparatif du niveau de couverture des risques pour différentes solutions d aménagement du territoire. Toutes ces évolutions ne pourront être étudiées et chiffrées dans le cadre de DEMOCRITE Le choix des évolutions à envisager sera fait selon une priorisation proposée par les partenaires, en prenant en compte les remarques du comité de suivi. 3. Conclusions Les technologies développées dans le projet DEMOCRITE sont conçues pour préparer l introduction d outils dans les services opérationnels, destinés à faire évoluer l organisation de la réponse des secours et aider les autorités dans leur prise de décision face à la couverture des dits risques. Il s agira en particulier de décliner de mesures de planification «à froid» (anticipation des capacités nécessaires ou optimales, formation des opérateurs sur des crises simulées, adaptation aux aménagements du territoire, ) et «à chaud» (règles d engagement des détachements de sapeurs-pompiers). Ces mesures pourront conduire à la réaffectation des moyens en fonction d un découpage territorial fonction des risques encourus et non plus uniquement focalisé sur les limites administratives en vigueur.
Le démonstrateur DEMOCRITE illustrera les différentes capacités de ces outils futurs, en permettant l analyse des risques courants comme exceptionnels et en fournissant aux décideurs des cartographies permettant une aide à la décision. Les risques exceptionnels traités dans le projet sont les risques explosion et incendie en milieu urbain, tandis que les risques courants seront étudiés selon leurs propensions (probabilités d occurrence a posteriori pour l ensemble des risques et a priori pour certains risques en tenant compte des évolutions possibles du milieu) et leurs conséquences potentielles (vulnérabilités intrinsèques). Les probabilités et les conséquences pourront varier dans l espace comme dans le temps. Le projet s accompagne d un nombre conséquent de livrables, auxquels s ajoutent quatre jalons opérationnels ayant pour but d informer les autorités de l avancement des travaux. Ces quatre jalons majeurs sont : - T 0 + 12 mois : Démonstration des cartographies de propensions et de vulnérabilités (tâches 5 et 6). - T 0 + 24 mois : Démonstration du prototype explosion (tâche 4). - T 0 + 36 mois : Démonstration du prototype incendie (tâche 3) + tests de tous les prototypes au CEA-G. - T 0 + 48 mois : Démonstration de DEMOCRITE (tâche 7) sur la plateforme BSPP. Tout au long du projet, les différents partenaires capitaliseront tant les avancées positives que les limites rencontrées dans le cadre de la mise en œuvre des prototypes et outils. Le suivi de cette capitalisation, au travers du site Web du projet, permettra d élaborer les clauses techniques d un outil futur. En fin de projet, une première expression fonctionnelle des besoins consolidés sera proposée. Cette proposition, appuyée par les résultats du démonstrateur DEMOCRITE pourra être soutenue devant les autorités décisionnaires. Références [1] ANR, DGA, SGDSN ; Concepts, Sécurité et Outils pour la Sécurité Globale ; Appel à Projets 2013. [2] Breton T., Duthen Y.; Les simulations de propagation de feu en milieu urbain ; hal-00287987, version 1 ; 2008. [3] Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris ; SIDACR: Schéma Départemental d Analyse et de Couverture des Risques ; 2011, mise à jour 6/03/2012. [4] Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris ; Livret d accueil ; Octobre 2012. [5] Hank S.; Modélisation et Simulation de la Dispersion de Fluide en Milieu Fortement Hétérogène ; Mémoire de Thèse, Aix-Marseille I, 2012. [6] Hank S., Lapébie E., Le Métayer O., Saurel R. ; HI2LO: A 3D unsteady code for the numerical simulation of shock wave propagation and dispersion phenomena in large scale heterogeneous media ; 43rd ESReDA (European Safety, Reliability and Data Association), Rouen (FR), 2012. [7] Hong D., Lee Y.; Development of traffic accident prediction models by traffic and road characteristics in urban areas; Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol. 5, pp. 2046-2061, 2005 [8] Hank S., Saurel R., Le Métayer O., Lapébie E. ; Modelling blast waves, gas and particle dispersion in urban and hilly areas ; en cours de soumission. [9] Raclot S., Le Brozec A., De Bellefon M., Houtarde X., Mignon K., Grange D. ; Vers la simulation de la sensibilité d un territoire aux risques (MACR II) ; 2012. [10] Tixier J., Dandrieux A., Dusserre G., Londiche H., Debray B., Hubert E., Rodrigues N., Deliverable D.4.C: Software for determining the environmental vulnerability index based on G.I.S. information, European project ARAMIS of the 5th FP, Contract: EVG1 CT 2001 00036, 48p, 2004. [11] Tixier J., Dandrieux A., Dusserre G., Bubbico R., Mazzarotta B., Silvetti B., Hubert E., Rodrigues N., Salvi O., Environmental vulnerability of the environment in the vicinity of an industrial site in the frame of ARAMIS European project, Journal of Hazardous Materials, 130: 251-264, 2006. [12] Tixier J., Téna-Chollet F., Dusserre G ; Méthodologie d évaluation de la vulnérabilité Rapport final ; Convention CEG-ARMINES N 40827 ; 2006. [13] Tixier J., Lapébie E., Téna-Chollet F. ; Development of a GIS-based approach for the vulnerability assessment of a territory exposed to a potential risk ; 43rd ESReDA (European Safety, Reliability and Data Association), Rouen (FR), 2012. [14] Methods for the determination of possible damage to people and objects resulting from releases of hazardous materials, TNO Green Book, 2005 [15] Turner S., Wood G. ; Accident prediction modeling Down-under: Literature Review. [16] Zhao S.; GisFFE an integrated software system for the dynamic simulation of fires following an earthquake based on GIS; Fire Safety Journal 45, 83 97; 2010. [17] Zhao S.; Simulation of Mass Fire-Spread in Urban Densely Built Areas Based on Irregular Coarse Cellular Automata; Fire technology vol. 47, pp. 721-749, 2011.