Fuzzy logic based decision support system for mass evacuation of cities prone to coastal or river flood

par Xiaojuan Jia

Thèse de doctorat en Mécanique Avancée

Sous la direction de Jean-Louis Batoz et de Gilles Morel.

Soutenue le 08-04-2013

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Système d'aide à la décision basé sur la logique floue pour l'évacuation massive de villes soumises aux inondations fluviales ou littorales


  • Résumé

    L’augmentation du risque d’inondation fluviale ou de submersion littorale est déjà visible à travers des événements récents comme la tempête Xynthia et les inondations du Var qui ont causé des dizaines de morts en France. Ces événements dramatiques bien que d’ampleur limitée auraient justifié l’évacuation préventive des zones à fort risque, mais les conséquences pour la population seront bien plus importantes lorsque des agglomérations urbaines de plusieurs dizaines ou centaines de milliers d’habitants menaceront d’être partiellement ou totalement submergées par les flots. Cette possibilité est déjà d’actualité pour des grandes mégapoles mondiales comme Alexandrie et Bangkok, et menace en France des villes comme Tours, Paris ou Nice. De plus en plus conscientes de cette éventualité, les grandes villes côtières, estuariennes et fluviales de France, d’Europe et sur tous les continents vont être amenées à préparer des plans de secours et d’évacuation de masse pour faire face à des événements exceptionnels. L’élaboration de ces plans s’avère extrêmement complexe et délicate aussi bien pour des raisons techniques, organisationnelles, sociologiques et même politiques. La grande majorité des villes du monde soumises à un risque de catastrophe de grande ampleur ne disposent pas de ce type de plan et une recherche auprès de différentes sources montre qu’il existe peu ou pas d’outils opérationnels pour aider les responsables territoriaux à mettre en œuvre ces plans en phase de préparation et de gestion de crise. Nos travaux visent plus précisément à contribuer à l’élaboration d’une méthode d’aide à la décision d’évacuation s’appuyant sur les plans d’évacuations réalisés en phase de préparation. Nous proposons pour cela d’adapter les outils de la logique floue à un ensemble d’indicateurs de synthèse sélectionnés à partir d’une méthode de planification des évacuations développée par ailleurs au sein du laboratoire Avenues-GSU. Ces indicateurs retenus intègrent des données classiques sur le niveau d’aléa (prévision globale et niveaux d’eau locaux), la vulnérabilité du territoire et des habitants, mais aussi et c’est plus innovant sur la capacité des autorités et de la population à évacuer dans un cadre sécurisé. Le résultat final de cette méthode, appliquée à la dimension spatiale avec les logiciels MatLab et ArcGIS, est une carte de nécessité d’évacuation indiquant les zones les plus prioritaires à évacuer selon une analyse multicritères en logique floue. Elle a été expérimentée sur le site pilote de l’estuaire de la Gironde et la ville de Bordeaux, et les résultats théoriques comparés avec les inondations historiques de 1981 et 1999. On a également étudié un scénario 2 prospectif tenant compte du changement climatique et des conséquences d’une élévation du niveau de la mer de 1m au cours du 21ème siècle. Cette méthode et cet outil prototype devraient aider à termes les décideurs à mieux appréhender une situation complexe en phase de pré-alerte et à évaluer le besoin réel d’évacuation sur la base d’un ensemble limité mais représentatif d’indicateurs. La carte de nécessité d’évacuation représente une avancée qui prolonge et complète la cartographie officielle de la prévision inondation (vigicrue) et de ses conséquences en termes d’anticipation des impacts et de gestion de crise au niveau local.


  • Résumé

    The increasing risk of river flooding or coastal submersion is already visible through recent events like the storm Xynthia and the floods in the Var department, which caused several dozens of deaths in France. These catastrophic events, even if their extent remains relatively limited, would have justified a preventive evacuation of high risk prone areas. However, the consequences for the population would be much more serious when large cities of hundreds of thousands of people will be partially or totally threatened by floods. This possibility is already an actual danger for large megacities like Bangkok and Alexandria, and also threatens French cities like Tours, Paris or Nice. Being more and more aware of this possibility, big coastal, estuarine and river cities in France, in Europe and in all continents are incited to prepare emergency and mass evacuation plans in order to prevent and cope with exceptional events. The elaboration of these plans is extremely complex and difficult due to technical, organizational, sociological and even political aspects. The great majority of cities in the world prone to large scale disasters do not already have this kind of plan at their disposal. Moreover, the existing state of the art shows that there are few operational tools to help territorial managers implement these plans in the phases of preparation and crisis management. Our work aims to contribute to the development of a support method for the evacuation decision taken in a crisis management context. This method is partly based on the information included in the provisional evacuation plans produced in the preparation phase. To reach this objective, we propose to adapt the tools of the fuzzy logic approach and apply them to a set of synthesized indicators. These indicators or decision criteria have been first selected from a method of evacuation planning previously developed by the research team Avenues-GSU. These criteria integrate classic data on the hazard level (overall forecast level and local flood water levels), the vulnerability of the territory and population and, which is more innovative, some information about the ability of the organization to evacuate and the security or the risk of the evacuation itself. The final result of this method, applied to the spatial dimension with the Matlab and ArcGIS software, is a map of the necessity to evacuate. This map shows the areas with the highest priority to be evacuated according to a fuzzy multicriteria analysis. It has been tested 5 at the pilot site of the city of Bordeaux located upstream in the Gironde estuary, and the theoretical results were compared with historical floods of 1981 and 1999. A hypothetic flood scenario was also studied taking into account the potential climate change impact and the consequences of a 1 meter sea level rise during the 21st century. This method and prototype tool should help policymakers to better understand a complex situation in pre-alert phase and assess the real need for urban zones evacuation on the basis of a limited but representative set of criteria. The maps of the necessity to evacuate represents an innovative proposal which extend and complement the existing official maps of flood forecasting (vigicrue) and its implications in terms of local impacts and crisis management anticipation.


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