www.irstea.fr

Pour mieux affirmer ses missions, le Cemagref devient Irstea

Eric Maillé, Bernard Espinasse, Corine Lampin-Maillet, Adeline Bellet, Christophe Bouillon, Marlène Long, Marielle Jappiot, Anne Ganteaume, Lilian Pugnet

Gestion prospective du risque d'incendie pour la planification territoriale

Modèles pour anticiper les changements territoriaux à venir

2

Plan

NOM DE L’ÉVÉNEMENT

00 MOIS 20XX

Les changements impactant le risque Risque et changements d’occupation du sol Modélisation de la dynamique du risque Quelques exemples de modèles

- Macropolis : dynamique agrégée des interfaces - Micropolis (système multi-agents de dynamique

d’interface à l’échelle micro-locale) - Mirco-RUI - Micro-FIRE (estimation du risque et impact sur

l’occupation du sol)

3

Deux classes principales de changements à prendre en compte

Changement climatique : Plus ou moins bien connu à l’échelle globale, mais mal connu à l’échelle locale ou territoriale

Des éléments sur les conséquences indirectes sur le risque

(moyennes => évolution du combustible), mais encore peu sur les conséquences directes (variances)

Changement d’utilisation et d’occupation du sol : déprise agricole, urbanisation continue et discontinue, dynamique d’interface, etc. Mais aussi : changements socio-économiques, démographiques, etc.

4

Risque et dynamique d’occupation du sol

5

International Conference on Fire Behaviour and Risk. Focus on Wildland Urban Interfaces. 4th-6th october 2011, Alghero, Sardinia, Italy

Déprise agricole

ABS2 Agent Based Spatial Simulation International Workshop - 24-25 November 2008, Paris France 4/29

6

International Conference on Fire Behaviour and Risk. Focus on Wildland Urban Interfaces. 4th-6th october 2011, Alghero, Sardinia, Italy

Urbanisation discontinue, interfaces

5/29

7 Complexification des espaces territoriaux

8

International Conference on Fire Behaviour and Risk. Focus on Wildland Urban Interfaces. 4th-6th october 2011, Alghero, Sardinia, Italy

ABS2 Agent Based Spatial Simulation International Workshop - 24-25 November 2008, Paris France 9/29

Aléa, vulnérabilité, lutte

9

Des espaces clé : les interfaces Habitat-Forêt (WUI), Rural-Urbain (RUI), Naturels-Anthropiques, …

D’un point de vue statique : §  Lieu d’interaction (spatiale) entre des entités facteurs principalement d’aléa

(combustible) et des entités facteurs principalement de vulnérabilité (anthropique) §  Mais chacune étant aussi simultanément vulnérable et facteur d’aléa

=> Etude et caractérisation structures spatiales des interfaces D’un point de vue dynamique :

§  Lieu d’interaction entre des dynamiques spatiales :

Dynamiques écologiques du combustible Dynamiques anthropiques (urbanisation, dynamiques agricoles, etc.)

=> Modèles de simulation de la dynamique du risque

Urban extension

Forest extend zone

Historical urban

nucleus Agricultural historical zone

Historical forest

Interface ( interaction zone)

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Modéliser la dynamique du risque

Urban spatial dynamic (geographical models)

Risk mapping (cindynic spatio-static models)

Integrated land cover dynamic representation

Human regulation system (land management)

Plans (scenarios) Plans (scenarios)

Risk change maps

Fuel (vegetation) spatial dynamic

(ecological models)

Limits of the modelled

system

t1 t1 t2 tn

t1 t1 t2 tn

Very high risk High risk Medium risk Low risk

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Echelles Interface

(critical zones)

Micro-local scale

Macro-local scale

Micro-local dynamics

Macro-local dynamics

Approches « agrégées » (analytiques)

Approches individus-centrées (grilles d’automates, multi-agents, etc.)

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Trois types de modèles requis:

Modèles de simulation de la dynamiques de combustible: - Discipline: écologie - Pas de modèle spécialisé, mais plusieurs « utilisables » : Sierra (Mouillot, 01),

CAPSIS (De Coligny, 2006), Afforsim (Prevosto, Coquillard, Hill), Landis II (Scheller & al. 06) …

Modèles de simulation des dynamiques anthropiques (urbanisation):

- Disciplines: géographie, urbanisme… - Le plus souvent à base de grilles d’automates cellulaires (Langlois, Duboz-Paillard) - Facteurs socio-économiques (CLUE, Verburg, CLUE@CMCC Santini & al.),

⇒  Peu de travaux sur le processus d’urbanisation discontinue et les dynamiques d’interface

Deux modèles spécialisés (Maillé 2008):

Macropolis (automate cellulaire sur SIG raster, échelle régionale) Micropolis(Fire) (Système multi-agents, échelle locale)

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Modélisation cartographique du risque…

Après 30 ans de recherche… toujours de grosses limites Spécificité d’un risque environnemental §  Une stochasticité d’origine pseudo-chaotique lié au caractère auto-

énergétique du phénomène feu §  La naturalité d’un sinistre d’origine (le plus souvent) anthropique

–  L’écolosion –  La lutte

§  La disponibilité des bases de données de feux consolidées

§  La multiplicité des champs disciplinaires: gestion forestière, écologie (forestière), mais aussi l’aménagement du territoire, l’agronomie, l’urbanisme…

–  PFCI/DFCI vs protection des maisons contre l’incendie de forêt

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Modèles de risque (spatiaux-statiques) (1) Modèles indiciaires analytiques Décomposition du risque:

* Aléa : diversité des méthodes, empiricité, complexité du concept – ignition, éclosion, propagation, aléa « d’impact » …

* Vulnérabilité : peu de méthodes, empiricité, complexité du concept (fragilité, sensibilité, défendabilité, résilience, …) et difficulté d’évaluation (économique, patrimoniale, sociale, etc.)

Travaux sur la modélisation de la vulnérabilité: objectivation de dires d’experts (méthodes multicritères) et simulation en laboratoire virtuel (Pugnet, 2011)

Modèles globaux d’analyse spatiale Définition d’Indicateurs risque directement corrélés aux indices de structures spatiales (relation spatiale combustibles-vulnérables)

* Principalement appliqués aux zones d’interface (Lampin-Maillet 2009) * Validation « post anté »

* Modèles boîte noire

riski = f(vegetationTypei, slopei, aspecti, etc.) intensity model (Byram formula )

P = M x Q x V (wind speed)

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Modèles de risque (2) Modèles spatiaux-analytiques

Fondés sur la dualité risque induit – risque subi Origine cindynique industrielle Utilisables dans certaines situations particulières (installation « à risque » ou

vulnérabilités ponctuelles)

Modèles à base de multi-simulations physiques Modèles physiques de feu (EuFireLab –Dupuy & al.) FireTech, FireSmart, Univ

Corté, Univ Coïmbra (Viegas), etc. Peut être coûteux en ressources informatiques Peu de modèles d’éclosion Opérationnalisation: quid de la lutte ?

⇒ Développement de Micropolis-FIRE, incluant un modèle d’incendie (éclosion, propagation,

lutte) pour :

- l’estimation statistique localisée du risque et de son évolution - l’estimation l’impact des incendies sur les dynamiques d’occupation du sol

16 Aide à la décision de planification

§  Niveau de décision (Antony 66)

§  Boucle de décision (Simon 83)

Modele (intégré)

Plan de gestion territoriale

Prospective sur les changement de niveaux

de risque

Evaluation du scénario

Hyothèses sur le contexte (socio-éco) (parameters)

Scénario

Occupation du sol actuelle

Décideur (utilisateur final)

New scenario elaboration

Mesure (cartographie diachronique)

Immédiat

Court terme

Moyen terme

Ponctuel

Action individuelle

Marco-locale

Planification opérationnelle

Planification stratégique

Echelle spatiale

Micro-locale

Echelle temporelle Programmation

politique Long terme

Etat, pays, continent

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Quelques modèles

18 MACROPOLIS

Un simulateur des changements d’occupation du sol à base d’automates cellulaires sur SIG Raster

(Grass, ESRI Grid) pour l’évaluation de la dynamique du risque d’incendie)

§  Automate cellulaire stochastique

§  Possibilité d’implémenter des indices de structures comme « moteur » des transition (diversity, agregation, interspersion, entropy, etc.)

§  Possibilité d’implémenter des critères socio-économiques comme facteurs de la dynamique

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MACROPOLIS snapshots

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21

MACROPOLIS: cellular automaton on raster GIS

22

Dynamique du risque (moyen ) agrégé par commune (CPA)

t0 t0+10ans

(Intégration des modèles MACROPOLIS (dynamique d’occupation du sol) et TOPOVecteur(prototype risque)

23 Echelle « micro-locale »

§  MICROPOLIS Changement d’occupation du sol Dynamique de « trajectoires sémantiques »

forêt -> interfaces -> espaces artificiels

agricole -> friches -> interfaces -> urbain continu pastoral->semi-ouvert->forêt

Fonctions de transition

Dynamiques attributaires

Masse combustible Densité de bâti (interface)

f1 f2

f3 f4 f5 f6 f7

T2 T3

T1

24

25

MICRO-RUI : Le processus élémentaire à représenter

Parcelle-mère Forêt

découpage

Parcelle fille Forêt

Construction Forêt Bâti isolé

Etat initial Etat final

Parcelle constructible

réaffectation

Processus de restructuration spatiale

26

International Conference on Fire Behaviour and Risk. Focus on Wildland Urban Interfaces. 4th-6th october 2011, Alghero, Sardinia, Italy

MICROPOLIS : social agents system (synopsis)

Agent

Buyers Land owners

Plotter Geometers

Negotiate

Build

Assess Assess

Assess Order spatial

action

Coordinates

Economic models

Econometric models

Order spatial action

Geographical sub-MAS (buildings)

Geographical sub-MAS (parcels)

Speculate

Role

Land manager

Specifiate the spatial action

Build

27

Le simulateur

28 Génération des bâtis et des nouvelles structures spatiales

29

Changement des niveaux de risque

t=0 t=22 months

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§  MICRO-FIRE

•  Multi-modèles à base d’agents incluant un modèle d’incendie

–  Un modèle d’éclosion (agents résident, promeneur, incendiaire, pyromane, automobiliste…)

–  Un modèle de diffusion (simulation de contours)

–  Un modèle de lutte (moyens terrestres, moyens aériens, coordinateurs).

31

32

33

34

CONCLUSION

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Conclusion

§  La gestion du risque doit se fonder sur des modèles empiriquement validés et non sur des sommes d’expériences

§  La modélisation de cartographie du risque souffrent encore d’un défaut de consolidation de la donnée disponible

§  Les simulations de systèmes eco-anthropiques n’ont pas de

valeur prédictive : Il s’agit seulement de décrire des processus territoriaux actuels

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Atelier International de Recherche sur le Risque d’Incendie

Thème : Vulnérabilité des Interfaces Habitat-Forêt

Octobre 2013, Aix en Provence