Soutenance mémoire
L’étude du risque : définitions et concepts
Le concept de risque à travers les disciplines
La notion de risque est multiple et admet plusieurs définitions en fonction de la discipline étudiée. Nous nous intéresserons ainsi à la notion de risque à travers le prisme la géographie. Aven (2012) démontre la versatilité de la notion de risque, et le manque de clarté avec laquelle est utilisée la notion dans différentes disciplines que ce soit dans les sciences de l’ingénieur ou les sciences humaines.
Le risque en sciences géographiques
Les catégories ci-dessus doivent être mêlées à la caractérisation du risque en géographie. En effet, le risque en géographie est généralement considéré à l’aide de la formule Risque = Aléa x Vulnérabilité. La notion de probabilité se retrouve ainsi dans l’aléa, et la notion de conséquence dans celle de vulnérabilité. En effet, l’aléa correspond à la fréquence de l’événement considéré ou sa probabilité d’occurrence et la vulnérabilité à la gravité des conséquences sur l’ensemble des entités exposées (Gleyze, 2005). Ces risques sont traditionnellement catégorisés par la courbe de Farmer, qui est définie par deux axes : l’intensité de l’aléa et sa fréquence.
Notion d’aléa
En géographie, la notion d’aléa est héritée de la géographique physique. Elle décrit tous les événements, souvent naturels, pouvant affecter une zone. Si le risque est parallèlement étudié dans différents domaines, il est cependant nécessaire de préciser l’apport de la géographie à l’étude des risques. En effet, l’approche géographique permet d’apporter une dimension spatiale, temporelle et multi-scalaire à l’étude des risques. Ainsi, ce n’est pas tant la nature des risques qui est étudiée que leurs caractéristiques spatiales (taille, forme, positionnement, durée, etc.). Cela permet de caractériser le risque, pas uniquement par sa nature, sa fréquence ou son influence sur les enjeux, mais par sa répartition spatiale et temporelle sur un enjeu donné et permet d’aboutir à une spatialisation du risque qu’il s’agisse des aléas ou des conséquences de ceux-ci sur un enjeu donné.
L’approche majoritairement retenue en géographie est celle d’un phénomène physique ou humain agissant sur un territoire donné. Ainsi, le territoire est généralement considéré comme un espace support à l’apparition et à la disparition d’aléas. Cependant, certains auteurs (November et al., 2010) présentent le territoire non pas comme espace support mais comme un espace intégrant le risque comme élément caractéristique. Le risque est donc une composante de ces espaces parmi d’autres caractéristiques objectives ou subjectives. Cela suppose qu’il y ait une différentiation spatiale des risques, et que ceux-ci ne se répartissent pas nécessairement de la même manière. La notion d’aléa correspond à la partie déterministe et objective du risque (November et al., 2002) et se trouve souvent exprimée d’une manière probabiliste, à savoir la fréquence d’apparition d’un phénomène dans un territoire donné. L’aléa correspond à l’incertitude du déroulement et de la probabilité d’un phénomène catastrophique (Gleyze, 2005). Plus explicitement, l’aléa est décrit comme la nature, l’intensité et la probabilité d’occurrence d’un phénomène.
Notion de vulnérabilité
La vulnérabilité se définit de deux façons complémentaires (Veyret et Reghezza 2005) : par une approche dite impact et une approche dite sociale. La première, principalement utilisée dans les sciences de l’ingénieur, cherche à déterminer le degré d’endommagement des enjeux, qui se définit par la valeur des entités menacées (Leone et al., 1996). Cela permet de déduire l’impact physique de l’aléa sur l’enjeu. La seconde approche met en avant les protections mises en place par la société. Cette approche cherche à comprendre les causes ainsi que les capacités de réponse des acteurs face à une situation à risque. Ces approches ne s’opposent pas: l’aspect quantitatif permet la compréhension à posteriori des causes et des capacités de réponse d’une société face à la catastrophe. Dans le cadre de cette recherche, la caractérisation du risque du réseau maritime revient d’abord à définir les enjeux de l’entité exposée.
Réseau maritime et risques associés
Ainsi, avant de considérer la vulnérabilité, il est nécessaire de définir l’objet du risque, à savoir le réseau maritime et les aléas pouvant l’affecter. En effet, comme décrit précédemment, la vulnérabilité ne peut être comprise sans définir l’objet considéré et les aléas susceptibles de générer des dommages sur l’objet du risque, à savoir le réseau maritime.
Un réseau, au sens générique, peut se définir comme « Ensemble formé de lignes ou d’éléments qui communiquent ou s’entrecroisent » (Larousse). Laurent Chapiron, sur le portail francophone Hypergéo définit quant à lui le réseau comme « un ensemble d’éléments matériels, les infrastructures, et immatériels, électromagnétiques (ondes) ou informationnels, assurant la mise en relation de différents lieux d’un territoire et des entités qui les occupent. » Ainsi cette partie définit et décrit dans un premier temps le réseau maritime en tant qu’objet de recherche et dans un second temps les risques résultants de l’environnement maritime.
Réseau de transport et espace
Un réseau est défini comme « Ensemble formé de lignes ou d’éléments qui communiquent ou s’entrecroisent » (Larousse). Ainsi, le rôle d’un réseau de transport est de relier différentes parties de l’espace entre elles, et de permettre à des individus ou des véhicules de se déplacer de la manière la plus optimale possible. La vulnérabilité des réseaux de transport est liée à l’enjeu de ceux-ci, à savoir, leurs capacités à maintenir une performance des déplacements pour garantir la possibilité des échanges. Ainsi, la vulnérabilité d’un réseau de transport est liée à sa capacité à maintenir des échanges dans sa structure. Une typologie des réseaux de transport en fonction de leur inscription spatiale a été proposée par Rodrigue et al. (2013) : les réseaux peuvent être strictement définis et délimités, vaguement définis et délimités, ou immatériels. Dans un réseau strictement défini et délimité, l’espace occupé par le réseau de transport est strictement réservé pour l’usage du transport et peut être identifié sur une carte. Une appropriation de cet espace à des fins de transport peut être établie, la structure du réseau est dépendante de l’infrastructure. C’est le cas des réseaux routiers et ferroviaires qui sont des réseaux d’infrastructure. Ces réseaux d’infrastructure (routes, rails) sont nécessairement planaires, à savoir que les liens ne peuvent pas se croiser dans l’espace. En effet, en cas de croisement de route, un nœud est ajouté à l’intersection pour décrire la structure de la voierie. Dans les réseaux vaguement définis et délimités, comme le sont les réseaux maritimes et aériens, l’espace peut être partagé par plusieurs activités, il n’y a pas d’appropriation de l’espace, seulement des droits de passages. Les infrastructures concernent exclusivement les zones de départ et d’arrivée (ports, aéroports). Ainsi les nœuds sont inscrits dans l’espace (positionnement, pondération). Dans la formalisation des réseaux de transport aériens et maritimes, les liens sont généralement les parcours réalisés ou les parcours possibles entre deux nœuds. Plusieurs types d’information peuvent être pris en compte dans la trajectoire : la longueur, la forme ainsi qu’une pondération en fonction des volumes échangés (passagers, marchandises).
Enfin, certains réseaux, comme les réseaux de communication, sont immatériels (Wi-fi, téléphone satellite…) et n’ont pas de spatialité en dehors de la localisation, de l’émetteur et du récepteur de la communication. Il est possible d’attribuer des informations géométriques (localisation, longueur, forme) aux liens du graphe mais ceux-ci correspondent à des aires autour de l’émetteur.
Le réseau de transport peut ainsi se définir en fonction des infrastructures (l’aspect physique duµ réseau) composées dans le cadre du réseau maritime, des ports et de l’ensemble des parcours des navires dans l’espace maritime.
Les réseaux vaguement définis : principes de structuration
Nous avons vu que Rodrigue et al. (2013) définit trois niveaux de structuration en fonction des infrastructures matérielles des réseaux : les réseaux strictement définis, les réseaux vaguement définis et les réseaux non définis.
Ainsi un réseau de transport se compose de lieux, définis par leurs localisations, et de routes, permettant de relier ces différents lieux. Cependant, la localisation de ces lieux et ces routes ne sont pas dues au hasard et plusieurs facteurs expliquent la forme des réseaux en fonction de la structure de l’espace :
• Le coût : Le lien entre coût et espace est lié à la distance. Plus celle-ci est importante, plus le coût de transport est théoriquement élevé. Ainsi, les ports sont construits et utilisés en fonction de leurs positionnements relatifs entre eux. La distribution des activités est liée au facteur de distance afin de minimiser les coûts de transport, qu’ils soient unitaires ou collectifs.
• L’accessibilité : Tout lieu dans l’espace a un niveau d’accessibilité, en fonction de son positionnement relatif mais également de divers facteurs économiques, sociaux et politiques. Ainsi le niveau d’accessibilité fluctue en fonction de chaque lieu, et donc de chaque port.
• L’agglomération : La localisation des ports s’explique également par l’avantage spécifique d’un lieu, que ce soit son placement ou ses ressources. L’agglomération d’un port ou d’une activité s’explique également historiquement, et les ports existants et ayant eu une fonction importante subsistent et sont renforcés par l’ensemble des infrastructures opérationnelles pour le transport préalablement existantes.
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Table des matières
Introduction
Contexte
La mondialisation comme vecteur des échanges
La maritimisation comme processus socio-économique
Territorialisation des espaces maritimes
Une activité de transport générant des risques
Un outil pour la planification maritime
Problématique et enjeux de recherche
Hypothèse de recherche
Questions de recherche
Cadre de travail
Déroulement du travail
Plan de la thèse
Chapitre 1 : Risques en mer et vulnérabilité du réseau maritime
1.1 L’étude du risque : définitions et concepts
1.1.1 Le concept de risque à travers les disciplines
1.1.2 Le risque en sciences géographiques
1.1.2.1 Notion d’aléa
1.1.2.2 Notion de vulnérabilité
1.2 Réseau maritime et risques associés
1.2.1 Le concept de réseau maritime
1.2.1.1 Réseau de transport et espace
1.2.1.2 Les réseaux vaguement définis : principes de structuration
1.2.1.3 Les ports comme infrastructure des réseaux maritimes
1.2.1.4 Les espaces maritimes : support des routes maritimes
1.2.1.5 Barrières absolues et relatives
1.2.1.6 Navigation et routes maritimes
1.2.1.7 Structure du réseau maritime : la relation coût-distance
1.2.2 Aléas maritimes
1.2.3 Vulnérabilité en mer
1.2.4 Evaluation des risques maritimes
1.2.4.1 Analyse et évaluation des risques
1.2.4.2 Modélisations existantes pour l’évaluation de la vulnérabilité
1.2.5 Systèmes existants pour l’évaluation de la vulnérabilité
1.3 Vulnérabilité des réseaux de transport
1.3.1 Risque et réseaux de transport
1.3.1.1 Vulnérabilité : définition dans le cadre d’un réseau
1.3.1.2 Les enjeux du réseau : performance et efficacité
1.3.2 Evaluation de la performance d’un réseau : concepts clés
1.3.2.1 La robustesse
1.3.2.2 La fiabilité
1.3.3 La vulnérabilité et fonction de la structure
1.3.3.1 La vulnérabilité connective et d’accès
1.3.3.2 Aléas et perturbations
1.3.4 De la vulnérabilité à l’accessibilité
1.4. Accessibilité et barrières
1.4.1 Concept d’accessibilité
1.4.2 Typologie des accessibilités
1.4.3 Barrières et perturbations
1.4.3.1 Barrières et fonctions
1.4.3.2 Barrières et espace : absolues, relatives ou arbitraires
1.4.4 Barrières et réseaux
1.4.4.1 Barrières physiques
1.4.4.2 Barrières de congestion
1.4.4.3 Barrières fiscales
1.4.4.4 Barrières institutionnelles
1.4.4.5 Barrières techniques
1.4.4.6 Barrières culturelles, de langage et d’information
Conclusion du chapitre 1
Chapitre 2 : Modélisation et simulation des réseaux de transport et de l’environnement maritime
2.1. Formalisation des réseaux
2.1.1 Modélisation des réseaux via théorie des graphes
2.1.1.1 Définition des graphes
2.1.1.2 Formalisation mathématique
2.1.2 Propriétés spatiales des graphes
2.1.2.1 Propriétés topologiques
2.1.2.2 Propriétés vectorielles et géométriques
2.1.2.3 Propriétés relationnelles : les logiques de déplacement
2.1.2.4 Formalisation algébrique des réseaux
2.1.3 Propriétés globales des graphes
2.1.3.1 Usage des graphes pour la modélisation des réseaux de transport
2.1.3.2 Typologie des réseaux par niveau de structuration : les graphes spatiaux
2.1.4 Modélisation du réseau maritime par la théorie des graphes
2.1.4.1 Prise en compte de l’espace dans les modélisations
2.1.4.2 Sources d’information pour la modélisation des réseaux de transport maritime
2.2 Mesures des propriétés des graphes spatiaux
2.2.1 Les notions de centralité et d’accessibilité dans un graphe spatial
2.2.2 Mesures principales
2.2.2.1 Mesures locales
2.2.2.2 Mesures globales
2.2.3 Evaluation des réseaux par les mesures existantes
2.3.3.1 Les perturbations du réseau
2.3.3.2 Mesures pour la vulnérabilité structurelle des réseaux
2.3 Formalisation de l’espace maritime
2.3.1 Frontières et continuum
2.3.2 L’espace dans la modélisation
2.3.3 Structures spatiales
2.3.3.1 Avantages et inconvénients de chaque structure
2.3.3.2 Un espace topologique régulier : la grille carrée
2.3.3.3 Grille et réseau
2.3.4 Formalisation d’objet spatio-temporelle
2.3.4.1 Définition d’un objet spatio-temporel
2.3.4.2 Dynamiques spatio-temporelles
2.4 Simulation de la vulnérabilité des réseaux de transport
2.4.1 Systèmes complexes et simulation
2.4.2 Définitions de la complexité
2.4.2.1 Notion d’auto-organisation
2.4.2.2 Notion d’émergence
2.4.2.3 Définition des systèmes complexes
2.4.3 Simulation et espace
2.4.3.1 Systèmes de simulation spatialement explicites
2.4.3.2 Usage de la complexité dans les sciences géomatiques
2.4.4 Systèmes multi-agents
2.4.4.1 Paradigme multi-agent
2.4.4.2 Agent
2.4.4.3 Systèmes multi-agents
2.4.5 Langage de modélisation des systèmes multi-agents
2.4.5.1 UML
2.4.5.2 AML
2.4.5.3 ODD
2.4.6 Outils de simulation multi-agents
2.4.6.1 NetLogo
2.4.6.2 AnyLogic
Conclusion du chapitre 2
Chapitre 3 : Proposition d’une démarche de modélisation pour l’évaluation de la vulnérabilité du réseau maritime
3.1 Développement d’un système de simulation pour l’évaluation de la vulnérabilité du réseau maritime
3.1.1 Un outil pour la planification de l’espace maritime
3.1.2 Principe du système de simulation
3.1.3 Choix méthodologiques
3.1.3.1 Déterminisme et Complexité
3.1.3.2 Système multi-agents et automate cellulaire
3.2 Choix de modélisation
3.2.1 Choix d’une modélisation de l’espace
3.2.2 Choix d’une modélisation des échanges
3.3 Description du système de simulation
3.3.1 Vue d’ensemble
3.3.2 Conception et design du modèle
3.3.3 Détails de fonctionnement
3.4 Formalisation du système de simulation
3.4.1 Modélisation générale du système de simulation
3.4.2 Modélisation des données
3.4.2.1 Modélisation des classes du territoire maritime
3.4.2.2 Modélisation du transport et des navires
3.4.2.3 Modélisation des perturbations
3.4.2.4 Modélisation du réseau maritime
3.4.3 Modélisation du processus de simulation
3.4.3.1 Fonctionnement et processus du système
3.4.3.2 Fonctionnement et processus des perturbations
3.5 Indicateurs de performance du système de simulation
3.5.1 La nécessité d’indicateurs spécifiques
3.5.2 Indicateurs liés à l’accessibilité à l’espace
3.6 Implémentation du système de simulation
3.6.1 Modélisation de l’espace de simulation
3.6.2 Modélisation des routes maritimes et des navires
3.6.3 Implémentation des perturbations
3.6.3.1 Perturbations économiques
3.6.3.2 Perturbations spatiales
3.6.3.3 Perturbations spatio-temporelles
Conclusion du chapitre 3
Conclusion
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