Concevoir la résilience urbaine : un défi face à des complexités

International audienceLe développement des zones urbaines sur la planète, où l’espace est devenu une ressource deplus en plus rare, avec de forts déséquilibres sociaux et des destructions environnementalesélevées, nécessite de guider l’évolution des systèmes urbains complexes tout en répondantaux enjeux liés aux risques et aux désordres urbains qui en découlent. En effet, à des aléas plusfréquents, plus intenses et une vulnérabilité accrue des systèmes urbains s’ajoute le fait queles sociétés modernes sont devenues aujourd’hui très sensibles aux risques et leur perceptiona été sensiblement modifiée. Le risque induit par les défaillances des réseaux urbains (transports,énergie, communication…) se situe à l’interface entre le risque naturel, lié aux aléas, etle risque technologique, lié aux ouvrages eux-mêmes : la défaillance d’un des réseaux urbainslors d’un événement fait partie de cette catégorie de risque dorénavant difficilement acceptépar les populations et les politiques concernées puisqu’elle désorganise plus ou moins longtempsle système urbain. Par ailleurs, l’attractivité des villes et l’accroissement de la démographieont abouti à autoriser la construction dans des zones potentiellement dangereusescomme des zones inondables, des zones sismiques… Il résulte de ces phénomènes socio-naturelsune vulnérabilité accrue non seulement aux événements extrêmes, mais aussi aux événementsconsidérés comme courants par le passé. Quelles méthodes et quels outils peuventguider les gestionnaires vers plus de résilience

Behind The Barriers: A Resilience Conceptual Model

Each natural event that affects urban regions reveals the limitations of present risk management strategies and shows the prevailing importance of technical systems before, during and after each crisis. The response of such systems to risk can be discussed in terms of resilience. Resilience is a concept that applies generally to systems, and concerns the capacity to absorb a disturbance and to return to a viable state. In the context of urban technical systems, one element of a resilience strategy is to analyse the technical constraints that apply to the design, management and adoption of technical systems. This paper presents the design of a conceptual model presenting the various possible resilience strategies applied to urban technical systems. This conceptual resilience model for technical systems is based on the identification of four complementary types of resilience: i. cognitive resilience, linked to knowledge and culture; ii. functional resilience, representing the capacity of a technical system to protect itself from major damage while continuing to provide at least the services needed by critical infrastructure; functional resilience of technical services seeking intrinsically to increase their own resilience; iii. correlative resilience that characterises the relationship between service demand and the capacity of the technical system to respond. It is a matter of adapting demand to technical system capacity: decreasing demand enables a system to remain in operation and to recover more quickly. Internal system organisation as well as links between technical systems and other regions may also be a factor in the resilience of technical systems. iv. Organisational resilience expresses the capacity to mobilise an area much wider than the one affected

Advanced methodology for risk and vulnerability assessment of interdependency of critical infrastructure in respect to urban floods

The behaviour of the urban network infrastructures, and their interactions during flood events, will have direct and indirect consequences on the flood risk level in the built environment. By urban network infrastructures we include all the urban technical networks like transportation, energy, water supply, waste water, telecommunication…able to spread the flood risk in cities, qualified as critical infrastructures due to their major roles for modern living standards. From history, most of cities in the world have been built close to coast lines or to river to beneficiate this means of communication and trade. Step by step, to avoid being flooded, defences like levees have been built. The capacity of the levees to retain the floods depends on their conditions, their performance level and the capacity of the authorities to well maintain these infrastructures. But recent history shows the limits of a flood risk management strategy focused on protection, leading to levee breaks these last decades. Then, in case of levee break, cities will be flooded. The urban technical networks, due to the way they have been designed, their conditions and their locations in the city, will play a major role in the diffusion of the flood extent. Also, the flood risk will have consequences in some not flooded neighbourhoods due to networks collapses and complex interdependencies. This article describes some methods to design spatial decision support systems in that context

La ville résiliente aux inondations Méthodes et outils d'évaluation

I have a PhD in Geographic Information Sciences (GIS) entitled "River levee performance assessment. Criteria design in a Geographic Information", defended in 2005 and obtained with the higher distinction. These three years of research have been lead at the Cemagref laboratory, in the department "Hydraulic Infrastructures and Hydrology" and have been followed by a one year Postdoctoral position to validate the methods developed during the PhD. A six months experience in HR Wallingford Flood Group Team, UK, allowed me to complete my experience and knowledge in term of flood risk management and of built environment flood risk issues. I have been for five years employed by EIVP (Ecole des Ingénieurs de la Ville de Paris) as manager of the building teaching department. I'm managing a set of 40 professors, I'm developing research activities and I'm the scientific coordinator of one of the two EIVP research thematic: "Risk and Urban Resilience". In this thematic I'm managing six research projects. The main aims of my researches is to design methodologies and tools able, from the resilience concept, to assess and produce the resilient city facing different type of risks and to participate in it to the sustainable city design. These projects are i. FloodResilienCity (EU, Interreg IVb), ii. FloodProBE (EU FP7), iii. RESILIS (ANR Ville Durable 2009) iiii. "Paris résiliente" (Paris 2030) and Joaquin (EU, Interreg IVb). I'm the coordinator of "Paris résiliente" and I've been named, in RESILIS, the scientific coordinator due to my involvement. My scientific object has become step by step the built environment, and due to my background, I'm leading a multi disciplinary research, gathering sciences coming from urban engineering, civil engineering, geography, architecture and urban planning to produce spatial decision methods and tools. I have been involved in 2010 in two urban application forms because of my multi angle view of cities and my scientific approaches to model the built environment as a system of systems.Je possède un Doctorat en Sciences de l'Information Géographique. J'ai utilisé ces sciences dans le domaine du génie civil durant ma thèse, en particulier pour l'amélioration du dispositif de gestion des digues de protection contre les inondations. En effet, la particularité de ces ouvrages est leur grande longueur qui complique leur gestion. C'est pourquoi nous avons fait le choix de privilégier une recherche dans le domaine des Systèmes d'Information Géographique (SIG). En parallèle, l'analyse systémique, la Sûreté de Fonctionnement et les méthodes d'aide à la décision multicritères ont été employées pour modéliser les mécanismes de rupture des digues et pour évaluer l'état et la performance des digues. Enfin, ces méthodes ont été couplées à un SIG pour obtenir un système d'aide à la décision à référence spatiale permettant aux gestionnaires de digues de prioriser les opérations de maintenance grâce à la visualisation du niveau de performance de leur parc de digues. Aujourd'hui, mes recherches ont pour finalité la formalisation des connaissances utiles pour l'aide à la décision et pour l'aide à la conception de villes résilientes aux inondations. En particulier et en préliminaire, l'évaluation de la résilience urbaine vis-à-vis du risque inondation constitue l'apport principal de mes recherches pour permettre de s'appuyer sur un socle scientifique solide en vue de la fabrication de la ville résiliente, à moyen terme. Les méthodes employées et les outils développés, ou en cours de développement, ont pour objectifs d'une part d'informer sur le niveau de résilience de la ville par rapport à des scénarios d'inondation, d'autre part d'aider sur les décisions à prendre pour augmenter le niveau de résilience des territoires urbains. Cette recherche est donc transdisciplinaire et au service de la ville. La discipline scientifique principale utilisée dans le cadre de nos recherches est le Génie Urbain, discipline par essence transversale faisant appel à d'autres disciplines, parmi lesquelles la systémique, la Sûreté de Fonctionnement, la théorie des graphes, la recherche opérationnelle, la géographie urbaine et la géographie des risques, l'aide à la décision et les Sciences de l'Information Géographique. Cette recherche s'appuie essentiellement sur trois concepts : le concept de gestion patrimoniale des ouvrages de génie civil appliqué aux digues de protection contre les inondations. Notre apport scientifique consiste en la production d'un modèle fonctionnel déterministe de l'évaluation de la performance des digues vis-à-vis de leurs mécanismes de rupture. Les méthodes employées proviennent de la Sûreté de Fonctionnement et de l'aide à la décision multicritère. le concept de résilience urbaine en réponse à une gestion des risques jusqu'alors centrée sur la gestion des aléas. Le développement d'une méthodologie d'évaluation de la résilience des réseaux techniques urbains est l'objectif. Pour cela, nous analysons la capacité de résistance des réseaux, leur capacité d'absorption et leur capacité de récupération. Nous nous appuyons sur le modèle fonctionnel développé pour les digues, ensuite nous proposons la conception d'un indicateur de redondance des réseaux sur la base de la théorie des graphes et de travaux de géographie des réseaux. le concept de système d'information à référence spatiale d'aide à la décision à destination des gestionnaires d'ouvrages de génie civil, des gestionnaires des réseaux techniques urbains, des collectivités territoriales et des services de l'Etat. Nous utilisons les Sciences de l'Information Géographique pour enrichir les fonctionnalités classiques des systèmes d'information existant avec les connaissances produites en termes de performance et de résilience. Il s'agit d'améliorer les capacités d'analyse des systèmes d'information par l'incorporation de nos modèles, avec, in fine, un objectif d'aide à la décision pour la ville résiliente aux inondations. La recherche entreprise est partenariale et s'opère dans plusieurs projets de recherche comme FloodProBE, FloodResilienCity, Resilis et Paris Résiliente. Les partenaires liés à cette recherche collaborative et applicative sont nombreux, internationaux et de nature différente. Parmi les partenaires académiques, cette recherche est menée avec le Cemagref, le laboratoire PRODIG (co-directions de thèses), le LEESU (Département Génie Urbain), l'Université de Sheffield (UK), aussi, mais dans des objectifs plus opérationnels, avec Deltares (NL) et Sintef (N). Sur le plan industriel, les Groupe Egis et Sogreah sont impliqués côté français, tout comme HR Wallingford (UK) et Dura Vermeer (NL). Enfin, puisque notre recherche est appliquée, plusieurs collectivités territoriales participent à cette recherche et bénéficient des résultats : la Ville de Paris et les Grands Lacs de Seine en Ile de France, le Conseil Général du Loiret, l'AgglO et la Ville d'Orléans sur le Bassin de la Loire, et, à l'international, les Villes de Bradford (UK), Dublin (Irl), Mainz (D), Bruxelles et Leuven (B), Rotterdam et Dordrecht (NL), Trondheim (N), Prague (CZ), puis, La Nouvelle-Orléans (USA). La recherche que je mène depuis le début de ma thèse s'inscrit, du fait de mon parcours universitaire et professionnel, dans une démarche logiquement transdisciplinaire. Je m'appuie sur un corpus scientifique et disciplinaire qui me permet de répondre à l'objectif de rendre la ville plus résiliente face aux risques. Ainsi, je dispose de disciplines que je sélectionne et adapte pour répondre à ce besoin sociétal d'adapter les enjeux urbains aux aléas naturels et technologiques. Parmi ces disciplines, rassemblées sous le Génie Urbain, on retrouve l'urbanisme et l'aménagement de l'espace, le génie civil, les Sciences de l'Information Géographique, la géographie, l'analyse de risque,... Ces disciplines articulées entre elles représentent une contribution à l'amélioration des conditions de la résilience des villes. Les méthodes et outils développés sont d'abord génériques, puis ils sont testés et validés avec les gestionnaires des villes (Dublin, thèse de Serge Lhomme, Paris, thèse de Marie Toubin). La dimension spatiale de ma recherche en constitue aussi un fil conducteur : localiser, spatialiser, analyser les effets des risques et des mesures de résilience dans l'espace urbain font partie intégrante du processus de résilience urbaine et d'aide à la décision pour les acteurs concernés. Ces méthodes et outils développés puis testés, en co-construction avec les acteurs urbains, permettent une appréhension des politiques à mener à l'avenir à la fois en termes d'intégration du risque en ville, mais aussi pour la mise en place d'un urbanisme et d'un aménagement urbain plus résilients

Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations Modélisation de critères de décision dans un Système d'Information Géographique

More and more floods occurred over the last decade in France and in the world, causing important damages and significant costs. Moreover, levees are often not well maintained, so they hardly resist to major floods and can break easily. These failures increase flood consequences. At french national scale, the length of levees, estimated to 7500 kilometers, and the lack of data all along these infrastructures complicates their management. At a local manager scale, the aim is to optimise maintenance operations. In fact, a levee manager has generally not a sufficient budget to lead all needed maintenance operations. The huge length of these linear infrastructures brings up the following issue: which section of the levee, on one hand has to be inspected, improved and maintained and, on the other hand, to optimise budget distribution? In this frame, levee managers need approaches and tools in order to be helped in their maintenance decision. A first Geographic Information System (GIS) called " SIRS Digues ", is developed. It contains detailed data about infrastructures: levee localisation at a scale of 1/10.000ème and data about levees (constitution, degradations, pipe and street networks...). However, in the current version of this software, levee performance can not be assessed. The goal of our research is to develop methods allowing the assessment of levees performance. From data collected (detailed visual inspections, laboratory tests, historical data, etc.), we establish indicators able to assess levee condition and performance. Our approach contains three main steps: * analysing and modeling levees failure mechanisms with a functional model build up from Functionnal Analysis (FA) and Failure Modes and Effetcs Analysis (FMEA), represented with causal graphs and fault trees representation; * establishing of performance indicators according to each failure mechanisms, with the use of criteria and a multicriteria decision method: the affectation based on aggregation rules; * integrating the levee performance assessment multicriteria model into the SIRS Digues in order to vizualise levee performance on charts. After showing an application of all these methods on a real levee, we suggest some future developments according to this research. The principal one is the development of an operational tool allowing to assist levee managers in their maintenance operations.La France et plus généralement le monde subissent de fréquents épisodes de crues dévastatrices. Les inondations provoquent d'importants dégâts et les coûts induits sont considérables. Les digues de protection contre les inondations, souvent sousdimensionnées et mal entretenues, ont montré leurs faiblesses à plusieurs reprises et leurs uptures augmentent la violence des inondations. A l'échelle nationale, le linéaire conséquent de digues (environ 7 500 km) et le manque de données sur l'ensemble de ce parc d'ouvrages compliquent leur gestion. A l'échelle du gestionnaire local se pose la question de l'optimisation des opérations de maintenance. En effet, un gestionnaire de digues ne dispose généralement pas d'un budget suffisant pour réaliser l'ensemble des opérations de maintenance sur la totalité du parc d'ouvrages. Ce long linéaire pose donc une question majeure : par où commencer les actions de maintenance pour à la fois assurer le bon fonctionnement des digues et optimiser les choix budgétaires ? Dans ce contexte, les gestionnaires de digues ont besoin de méthodes et d'outils d'aide à la décision. Un premier Système d'Information Géographique (SIG), le SIRS Digues, est opérationnel. Il contient les informations détaillées sur les ouvrages : géoréférencement des digues à l'échelle 1/10 000ème et informations relatives aux digues (constitution, désordres, réseaux, voiries...). Toutefois en l'état, cet outil ne permet pas d'évaluer l'état des digues. Notre recherche vise à développer des méthodes d'évaluation de la performance des digues. A partir des informations disponibles (inspections visuelles détaillées, essais réalisés, données historiques, etc.), nous proposons des indicateurs capables d'évaluer leur état et leur performance. Notre démarche comporte trois étapes : * l'élaboration d'un modèle fonctionnel des mécanismes de rupture, bâti à partir de l'Analyse Fonctionnelle (AF) et l'Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDE), et utilisant une représentation sous forme de graphes causaux et d'arbres de défaillances ; * la construction d'indicateurs de performance pour chaque mécanisme de rupture, sur la base de critères et d'une méthode d'aide à la décision multicritère : l'agrégation à base de règles ; * l'intégration du modèle multicritère d'évaluation de la performance des digues dans le SIRS Digues. Cette opération permet de cartographier et de visualiser la performance d'un parc d'ouvrages. Après une application sur une digue existante de ces méthodes, nous proposons divers développements et perspectives à cette recherche, dont la principale est, à moyen terme, le développement d'un outil opérationnel pour l'aide à la décision dans les actions de maintenance des digues de protection contre les inondations

The operationalization of resilience, from a theoretical concept to urban re-appropriation: what progress has been made?

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Urban resilience: From a limited urban engineering vision to a more global comprehensive and long-term implementation

This paper presents a research project spanning over 15 years, dealing with territorial resilience to flooding. This paper presents a global retrospective view on how research on the concept of resilience began with a primary focus on critical infrastructure resilience networks. These infrastructures are always identified by experts as an aggravating factor leading to territorial systems disruptions. The focus on critical infrastructure resilience networks served as an important first step to improve knowledge on mechanism failures and their impacts on communities. However, this first step was insufficient in providing more resilient systems and territories to floods. Today, other approaches are useful for implementing strategies of resilience to answer city managers’ needs, such as organizational strategies, including participative tools. Long-term resilience is addressed within this research for territorial resilience monitoring and planning. This article is primarily based and illustrated on the research, projects and scientific advances conducted by the authors

Understanding and Implementing Urban Resilience for Comprehensive and Local Risk Management

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