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Méthodologie d'aideà la décision pour laconception et la sélectionde techniques alternativesen assainissement pluvialSylvie Barraud a , Yolande Azzout a &François Noël Crès aa INSA de Lyon—URGC Hydrologie Urbaine ,20, avenue Albert Einstein, Bât. 304,F-69621 , Villeurbanne cedex E-mail:Published online: 31 May 2012.

To cite this article: Sylvie Barraud , Yolande Azzout & François Noël Crès(1998) Méthodologie d'aide à la décision pour la conception et la sélectionde techniques alternatives en assainissement pluvial, Journal of DecisionSystems, 7:1-4, 69-86, DOI: 10.1080/12460125.1998.10511743

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Methodologie d' aide a Ia decision pour Ia conception et Ia selection de techniques alternatives en assainissement pluvial

Sylvie Barraud - Yolande Azzout - Fran~ois Noel Cres

INSA de Lyon- URGC Hydrologie Urbaine 20, avenue Alben Einstein, Bat. 304 F-69621 Villeurbanne cedex

Barraud@ urgc-hu. insa-lyon.fr

RESUME. L'assainissement pluvial urbain connaft depuis une dizaine d'annees un changement radical du en partie a Ia necessite d'utiliser de nouvelles technologies : les techniques dites alternatives. Ces techniques, contrairement au reseau traditionnel de conduites sont des ouvrages integres a l'amenagement urbain et souvent presents en surface. Elles sont plurifonctionnels et ne servent done pas uniquement au controle des eaux pluviales et presentent des fonnes et des fonctionnements extremement varies. Elles demandent par consequent tant pour leur conception, leur realisation que pour leur gestion, des comperences qui depassent largement celles des « assainisseurs » traditionnels et un etat d'esprit tres different pour tous les acteurs de l'amenagement urbain. Cet article presente une merhodologie complete d'aide a Ia decision en matiere de choix, de conception et de selection de solutions «alternatives» s'appuyant sur une demarche et une modelisation « multi-acteurs ».

ABSTRACT. During the last 10 years, urban stonn drainage has been confronted with very radical changes which are partially due to the use of new technologies such as «alternative techniques». Contrary to the traditional sewer network, these techniques are part of urban areas. They are numerous and offer a large amount of possibilities in tenns of shape and functioning. At least, they are multifunctional so that they are not only devoted to stonn drainage purposes. Consequently, they require competences which are much more wide­spread than those required for design, construction and management of traditional works. This paper presents a complete multicriteria decision-aiding model and associated tools aiming at helping to choose, design and select alternative strategies.

MOTS-CLES: aide a Ia decision multicritere, assainissement pluvial, amenagement urbain.

KEY WORDS: multi-criteria decision aiding, stonn drainage, urban development.

Journal of Decision Systems. Volume 7/1998, pages 69 to 86

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1. Problematique

Jusqu'a un passe tres recent, l'assainissement consistait a placer des conduites gravitaires sous les voiries, une fois que l'amenagement avait ete completement con~u. L'assainissement figurait done comme une consequence banale de !'urbanisation.

Depuis une vingtaine d'annees, ce systeme ne cesse de dysfonctionner (inondations, pollution des milieux recepteurs). L'augmentation de Ia taille des ouvrages, souvent preconisee, n'a pas ameliore Ia situation : elle coute cher aux collectivites, elle deplace bien souvent le probleme d'inondation vers l'aval et contribue enfin a une concentration toujours plus importante des flux polluants.

C'est dans ce contexte que !'idee d'utiliser des techniques, alternatives au reseau, a emerge. Le principe « alternatif » consiste a redonner aux surfaces sur lesquelles se produisent le ruissellement un role regulateur fonde sur Ia retention et sur !'infiltration des eaux de pluie. Les solutions basees sur ces principes sont nombreuses : tranchees, fosses, noues, chaussees a structure reservoir, puits, toits stockants, bassins de retenue sec ou en eau, conduites stockantes, etc.

Outre leur principe technique, ces solutions sont tres differentes du reseau traditionnel. Elles sont souvent visibles par les usagers et non plus enterrees comme les conduites. Elles ont de ce fait un rOle structurant fort sur l'amenagement urbain au meme titre que les voiries. Elles sont plurifonctionnelles assurant au sein d'une meme structure plusieurs fonctions, voire plusieurs usages. Les bassins en eau, par exemple, servent de regulation hydraulique, d'element d'agrement et peuvent aussi servir de support de loisirs (peche, canotage ... ). Enfin, ces techniques peuvent etre utilisees de maniere diffuse et decentralisee et etre presentes au niveau des parcelles des particuliers en site prive. Leur bon fonctionnement depend alors de Ia bonne volonte des utilisateurs ou de Ia plus ou moins bonne comprehension qu'ils ont de ces techniques. II y a alors glissement de responsabilites s' accompagnant parfois d'un transfert de charge financiere de Ia collectivite vers le particulier.

La diversite des ouvrages, des usages possibles parfois conflictuels ainsi que les relations fortes que ces structures presentent avec le milieu urbain rendent ces techniques assez singulieres. A tous les stades de leur cycle de vie, elles exigent une concertation forte entre differents acteurs qui n'ont pas necessairement !'habitude de travailler ensemble : entre les techniciens de l'eau d'abord (hydrauliciens, hydrologues, geotechniciens, hydrogeologues, hydrobiologistes, genie civilistes, ecologues, etc.) mais aussi entre acteurs de Ia conception urbaine (amenageurs/urbanistes, paysagistes, techniciens, economistes, juristes, etc.) et enfin entre ces deux groupes d'acteurs.

En matiere de decision, cet etat de fait a deux effets. Soit les techniques alternatives ne sont pas utilisees, soit, si Ia pression des faits pousse a leur adoption, on constate que les concepteurs profitent rarement de leurs potentialites, ou bien a !'inverse sous-estiment leurs contraintes. On peut faire egalement le constat qu'il y a une forte tendance a ne choisir qu'une seule technique (le bassin sec par exemple) et a Ia reutiliser systematiquement en cas de besoin.

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Le but de cette publication est de presenter une methodologie globale reutilisable et des outils permettant I'aide a Ia conception et a Ia selection de scenarios d'assainissement integrant ce que nous pourrions appeler, une problematique du «multi » [BAR 94] : multiplicite des fonctions et des usages supplementaires, multiplicite des solutions techniques possibles, multiplicite des points de vue et des competences et parfois aussi multiplicite du pilotage (choix intercommunal).

2. Formulation du probleme et demarche utilisee

2.1. La delimitation du probleme

Nous avons considere les techniques alternatives comme des objets d'assainissement integres a l'amenagement urbain fonctionnant et evoluant dans leur environnement (physique, social, economique et juridico-administratif). De plus, nous nous sommes places au niveau de Ia faisabilite et de Ia conception d'un amenagement donne.

La methodologie proposee se trouve ainsi destinee a I'amenageur (qui est ou qui represente le decideur) mais aussi, d'une certaine maniere, aux hommes d'etude charges de I'assainissement et a qui incombent generalement Ia preparation de Ia decision technique. Elle s'efforce d'integrer le cycle de vie des ouvrages et done les points de vue des acteurs qui auront a les « subir » (les personnes chargees de leur realisation, les utilisateurs, les futurs gestionnaires ... ).

2.2. Approche utilisee pour Ia structuration du modele de decision

L' approche utili see est systemique, elle s' appuie sur le modele fonctionnel de Ia decision decrit par H. A. Simon dont les idees ont ete promues en France par les travaux de J. L. Lemoigne (cf. figure 1).

Ce modele presente de nombreux avantages. II permet de definir Ia problematique en termes d'objectifs et non en termes de solutions (phase de finalisation). II favorise un travail pluridisciplinaire qui sied bien a Ia nature de ces techniques; notamment grace a l'importance donnee a Ia phase « d'intelligence »

du probleme qui incite a l'acquisition et au croisement des connaissances. Cela facilite done Ia conception puis Ia selection de solutions mieux adaptees a leur environnement et repondant a des objectifs clairement identifies.

Ce modele constitue enfin une alternative interessante au processus actuel lineaire et peu interactif qui ne fonctionne qu'en sequences et ou chaque sequence contraint Ia suivante ; Ia remise en cause ne se faisant que si un blocage survient a une etape (cf. figure 2). La demarche proposee privilegie un processus participatif et interactif permettant un travail en commun des differentes parties concernees par l'amenagement de Ia zone (cf. figure 3).

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INTELLIGENCE (comprendre)

CONCEPTION

SELECTION

L------; Df.cision Re-CoJilalion Dlclsio11 d'actio11

Dlclslo11 dt

:r 'i,ftJTmrr

Dlcisio11 dt

Rlfltrloll

Dlclslo11 dt f111allsallo11

Figure 1. Modele canonique du processus de decision-resolution organisationnelle de H.A. Simon (extrait de [LEM 90])

Propos~ion urbanistique et architecturale

J, Elaboration du

plan masse

Rl§seau

Techniques alternatives

Figure 2. Processus classique Figure 3. Processus souhaite

L'application du modele fonctionnel tel que nous l'avons decrit ainsi que Ia multiplicite des criteres et des techniques a prendre en compte, nous a conduits a deux phases dans I' aide a Ia decision :

- Une phase de partition qui nous a ete dictee par le nombre important de principes techniques et qui a fait l'objet d'un systeme expert. Cette phase permet d'identifier I' ensemble des principes techniques utilisables sur un site donne.

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- Une deuxieme phase d'aide a Ia decision qui, a partir des principes techniques possibles identifies en premiere phase, permet de choisir des scenarios (projets) d'assainissement au vu d'un certain nombre de criteres. Cette phase propose en outre des aides a l' elaboration et a Ia conception des scenarios.

Si les 2 phases proposees sont presentees de maniere tres lineaire pour faciliter l' expose, en realite, Ies retours en arriere, les remises en question, les corrections font partie integrante du processus propose.

2.3. Approche adoptee pour Ia prise en compte et Ia structuration des points de vue

Nous nous sommes appuyes pour construire ce modele sur un reseau (( d'experts)) que nous avions reunis a I' occasion d'un groupe de travail charge de rediger un etat de l'art sur les techniques alternatives [AZZ 94]. Ce groupe rassemblait des chercheurs et des representants de differents domaines (hydrologie, hydrogeologie, materiaux, geotechnique, genie urbain, genie civil, developpement urbain et sociologie). II regroupait egalement des amenageurs publics et prives ainsi que des partenaires institutionnels: representants du Ministeres de l'Equipement, des Agences de l'Eau et des collectivites territoriales. Pour une bonne modelisation des points de vue puis pour Ia phase de validation externe, nous avons sollicite d'autres collectivites territoriales et a l'interieur de ces collectivites, les differents services charges des etudes d'urbanisme, des etudes techniques (voirie, assainissement) mais aussi de Ia gestion et de Ia maintenance des espaces et des equipements (espaces verts, exploitation assainissement).

Notons que ces acteurs ont implicitement contribue en amont a Ia delimitation du probleme, a !'elaboration des objectifs du modele d'aide a Ia decision et a sa validation.

2.4. Principes de validation de Ia methode

Quelles que soient Ies phases considerees dans Ia methodologie, nous avons examine deux niveaux de validation :

- une validation interne qui porte sur Ia procedure de structuration du modele lui meme (pertinence du niveau de probleme traite, des criteres, des regles choisies et de Ia demarche d'aide a Ia decision). Cette validation s'est operee tout au long de Ia construction de Ia methode en s'appuyant sur ce que nous avons appele le reseau « d'experts ». Nous pourrions dire que cette legitimation continue, lors de Ia construction du modele, a ete bien menee.

- une validation externe qui est censee legitimer le « resultat »

methodologique en mesurant I' apport de Ia methodologie et Ia pertinence des choix qui en decoulent (cf. § 3.4 et § 5.5). Cette legitimation est faite par des acteurs exterieurs n'ayant pas participe a !'elaboration du modele. Ce niveau de validation est sans aucun doute le plus difficile a realiser et le plus souvent absent des methodes proposees dans Ia litterature. La validation externe de notre methode est

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tres imparfaite et n' est pas terminee. Si nous avons assez bien valide Ia pertinence et demontre l'interet d'une telle methodologie a travers des comparaisons entre decisions prises avec et sans Ie modele propose, il reste une validation du modele vis a vis de son application a des operations completement « neuves » et independantes de notre interventior. ; ce en quoi nous nous employons actuellement.

3. Premiere phase : aide a Ia partition de l'ensemble des principes de techniques alternatives en solutions possibles ou impossibles

L'objet de cette phase est de construire une methode generale pouvant etre utilisee chaque fois que le recours a des solutions d'assainissement alternatif est necessaire. Elle propose de partitionner l'ensemble des principes techniques connus a ce jour, en principes possibles ou impossibles, eu egard aux donnees d'environnement physique dont dispose Ie concepteur de I'amenagement.

Le travail a done consiste a identifier, a I'aide de criteres discriminants, les conditions dans lesquelles les principes techniques (actions potentielles) peuvent fonctionner.

3.1. Ensemble des criteres discriminants et regles de tri

Le parti retenu a ete d'essayer de ne pas eliminer a tort des principes techniques. Nous avons construit un ensemble coherent de criteres discriminants en prenant soin qu'ils soient exhaustifs, representatifs, non redondants mais aussi utilisables pratiquement. Ces criteres, ainsi que leur mode d'evaluation, doivent en effet etre compris et admis par I'homme d'etude quel qu'il soit, afin d'eviter tout malentendu. Les informations necessaires a leur evaluation doivent ainsi etre courantes et faciles a obtenir ace niveau d'etude. La demarche de validation de ces axiomes et notamment de l'exhaustivite et de Ia non redondance a ete iterative et peu mathematique. Nous avons tout d'abord formule une premiere Iiste de criteres qui nous semblait repondre a notre problematique. Nous l'avons ensuite presentee successivement aux membres de notre groupe « d'experts ». Cette liste, qui s'est modifiee et enrichie, s'est finalement stabilisee. Le module informatique, propose par Ia suite, a grandement facilite cette verification.

Finalement, ont ete determines 19 criteres discriminants. Le tableau I reprend l'ensemble de ces criteres et precise les echelles adoptees. Nous avons par ailleurs explicite le moyen de les evaluer [AZZ 96].

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Les echelles ont ete definies conformement a Ia qualite courante de I' information disponible ace niveau d'etude prealable. Elles sont discretes et Ia methode propose, suivant Ia nature des criteres, des fourchettes de valeurs ou des classes « qualitatives ». Certains criteres demandent Ia connaissance d'une valeur precise (portance, niveau des hautes eaux, trafic, etc.) ou d'une reponse binaire sans equivoque (existence d'un exutoire, etc.). D'autres criteres sollicitent une information plus qualitative (nature des eaux pluviales en polluants et en fines, nature du sol, etc.).

Une des difficultes a ete de definir Ia limite separant deux classes. Pour certains criteres, elle etait manifeste car reglementee ou en accord avec ce qui est fait par tous (altitude obligatoirement inferieure a 900 metres pour utiliser une toiture stockante, portance, etc.). Pour d'autres, Ia delimitation entre classe de criteres a ete etablie par nos soins et validee par le groupe « d 'expertise» comme c'est le cas pour les criteres tels que le niveau de Ia nappe ou Ia capacite d'absorption.

Criteres discriminants Classes

Zone a assainir Chaussee/Batiment/Espace pieton/Petite parcelle/Zone complete

Disponibilite de l'espace oui/non

Nature du sol propice a Ia presence d'eau oui/non

Vulnerabilite des eaux souterraines oui/non

Plus hautes eaux de Ia nappe affleurantes ( <1 ,5m)/A profondeur moyenne/profondes ou absentes (>6m)

Risque d'eaux chargees en polluants faible/moyen/important

Portance faible (P<2)/correcte (~2)

Capacite d'absorption superficielle du sol mauvaise (<10-7 rn/s)/correcte (;> w-1 rn/s)

Capacite d'absorption profonde du sol mauvaise ( < w-1 rn/s )/correcte (;;~ 1 o-7 rn/s) Existence d'un exutoire permanent possible/impossible

Risque d'eaux chargees en fines non/oui

Pente du site inexistante A faible/moyenne A importante

Trafic faible (< T2)/important (<!: T2)

Existence de zones a fort cisaillement non/oui

Plus basses eaux de Ia nappe affleurantes ou A profondeur moyenne/profondes ou absentes

Apport d'eau permanent possible/impossible

Altitude basse (< 900 m)/elevee (<!: 900 m)

Pente des toits faible ( < I% )/moyenne/forte (>5%)

Batiment compatible avec le stockage oui/non d'eau en toiture

Tableau 1. Liste des criteres discriminants retenus pour la phase de partition

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3.2. Ensemble des principes de techniques alternatives (actions potentielles)

Les actions potentielles a partitionner sont ici des principes de solutions bases sur leur structure (forme) et sur Ia physique de leur comportement et non comme dans Ia 3• phase, des solutions particulieres ayant fait !'objet d'une conception finalisee.

Plus precisement les principes physiques et structurels dont Ia combinatoire nous donne !'ensemble des actions potentielles sont:

- le type de morphologie des ouvrages (puits, tranchee, bassin, noue ... ), - le type de fonctionnement decline en 4 caracteristiques :

le mode de recueil des eaux (par infiltration de surface, par ruissellement et injection localisee ... ),

le mode d'evacuation (par infiltration en fond, vers un exutoire ou par des modes mixtes),

le mode de stockage (a I' air libre, de maniere enterree avec ou sans materiaux ... ),

le type d'equipement d'accompagnement (etancheite, epuration, optimisation du stockage).

Les actions potentielles forment un ensemble fini et transposable dans Ia mesure oil les principes physiques de fonctionnement sur lesquels elles sont construites sont tres generaux. Une action potentielle est caracterisee, par exemple, par le fait qu'elle fonctionne avec une infiltration en fond quelle que soit Ia technologie particuliere qui pourra etre mise en reuvre pour assurer cette infiltration.

Sur le plan de !'aide au tri, !'ensemble de principes techniques alternatifs, constituant !'ensemble des actions potentielles, est stable (defini a priori et ne pouvant etre modifie en cours de procedure (stabilite interne)). II est independant du contexte exterieur (stabilite externe) et globalise (chaque element de !'ensemble des actions potentielles est exclusif de tout autre lors de Ia procedure de tri). De plus, il nous semble exhaustif compte tenu de I' etat actuel des connaissances et de Ia pluralite des experts composant notre groupe.

Finalement, ces considerations ont permis d'etablir II grandes families de techniques (cf. tableau 2) qui comptent au total 73 techniques alternatives potentielles.

3.3. Outil support developpi pour l'aide a Ia partition

Cette phase de partition a I' a vantage de s' appuyer sur un raisonnement logique clairement identifie qui s'adapte bien a une representation de type systeme expert. Nous l'avons done teste a travers un prototype [AZZ 95]. Finalement, l'outil que nous avons developpe est capable de proposer un ensemble de principes techniques alternatifs viables, des recommandations en matiere de conception, de realisation et de gestion en fonction des differentes informations disponibles sur le site et sur les

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techniques elles-memes. II permet egalement de tester si une solution particuliere est possible en expliquant, le cas echeant, pourquoi elle ne I' est pas.

Le logiciel programme en Turbo Prolog fonctionne sur micro-ordinateur. II s'organise classiquement autour d'un moteur, d'une base de faits et d'une base de regles. Le moteur est le meme que celui develop¢ par F. N. Cres: Moi"se [CRE 89].

Principe Definition Differents modes de fonctionnement

Tranchee ouvrage lineaire peu Mode de recueil des eaux : par surface drainante ou profond localise (via des conduites), Stockage :dans le

materiau, Evacuation : par infiltration ou vers un exutoire apres regulation, Equipements : possibilites d'epuration d' optimisation du stockal(e

Fosse - ouvrage lineaire Mode de recueil des eaux : localisee via des conduites peu profond, peu et par ruissellement direct, Stockage : a I' air libre,

Noue large Evacuation : idem tranchee, Equipements : idem - large fosse tranchee

Structure ouvrage enterre, peu Mode de recueil des eaux : idem tranchee, Stockage : reservoir profond, non soumis enterre avec ou sans materiau, Evacuation : idem

a Ia circulation tranchee, Eaui11ements : idem tranchee Puits ouvrage localise et Mode de recueil des eaux : idem fosse, Stockage :

profond enterre avec ou sans materiau, Evacuation : par infiltration, Eaui11ements : idem tranchee

Toiture toi t amenage Mode de recueil des eaux: directe, Stockage: a !'air stockante libre ou dans materiaux, Evacuation : vers un exutoire

apres regulation, Equipements : possibilites de barrages hydrauliques (optimisation du stockage)

Chaussee chaussee dont le Mode de recueil des eaux : idem tranchee, Stockage : a structure corps est forme de idem tranchee, Evacuation et Equipements : idem reservoir materiaux poreux tranchee

stockant I' eau Bassin sec ouvrage en cuvette Mode de recueil des eaux: localise, Stockage: a !'air

ou endigue, rempli libre, Evacuation : idem tranchee, Equipements : que par temps de possibilites d'epuration pluie

Bassin en ouvrage important Mode de recueil des eaux : idem bassin sec, Stockage : eau contenant un plan a !'air libre, Evacuation : vers exutoire apres

d'eau permanent regulation, EauiDements : idem bassin sec Bassin ouvrage ponctuel Mode de recueil des eaux : idem bassin sec, Stockage : enterre souterrain important enterre avec ou sans materiau, Evacuation et

eaUiDements : idem bassin SeC, Conduite canalisations Mode de recueil des eaux : localise, Stockage : enterre stockante surdimensionnees sans materiau, Evacuation : vers exutoire apres

regulation, Eauioements : idem bassin sec

Tableau 2. Definition des 11 families de principes techniques retenues

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Les regles sont des regles de production de type « Si condition alors Action »

comme par exemple : SI

« l'assainissement » est « un espace pieton » OU « une parcelle de petite taille » OU « une zone importante » ET « les plus hautes eaux de Ia nappe » sont « a profondeur moyenne » OU « profondes ou absentes » ET « Ia nature du sol» est« propice a I' infiltration de I'eau » ET « Ia capacite d'absorption superficielle» est« correcte » ET « les eaux souterraines » sont « peu chargees en polluants » OU « moyennement chargees en polluants »

ET « I' apport de fines » est « moyen a important »

ALORS Ia solution « Structure reservoir d'infiltration a revetement etanche avec dispositif d'epuration » est possible (La regie est accompagnee d'un commentaire decrivant Ia technique et proposant des recommandations pour sa conception, sa realisation et son entretien).

3.4. Validation de Ia phase de tri

La validation externe (cf. § 2.4) s'est faite en confrontant les choix realises avec et sans Ia methodologie proposee sur 6 etudes de cas de taille et de nature differentes (du simple parking a une zone plus importante de quelques dizaines d'hectares) [AZZ 96]. Nous avons done repris des projets existants et justifiant des techniques alternatives. Nous avons utilise Ies memes donnees que celles connues a I'epoque de Ia decision. Cela a ete facilite par le fait que nous connaissions bien les projets et l'etat d'esprit dans lequel ils avaient ete conr;us.

La methodologie via le systeme expert a done ete utilisee avec les donnees disponibles et leur degre d'imprecision. En grande majorite, le systeme propose des solutions qui ne sont pas en contradiction avec les techniques retenues reellement. Cependant Ia liste proposee est plus fournie que celle consideree au depart lors du projet. De plus, des prescriptions et contraintes qui n' avaient pas ete identifiees lors du projet reel, l'ont ete grace au systeme expert (necessite de cloisonnement ou de dispositifs de pre-traitement, necessite d'etudes complementaires).

Les cas de divergences entre solutions retenues et solutions proposees par Ia methode de tri sont interessants. Le premier cas concerne un parking d'un centre d'entreprises innovantes pour lequel Ia solution qui a ete realisee (chaussee a structure reservoir infiltrant et a enrobe drainant) ne faisait pas partie des solutions proposees par notre systeme. En effet, le systeme expert a mis en evidence un apport tres probable de fines dues a des zones vegetales exterieures tres mal maitrisees (zones de friches non entretenues s'ecoulant vers le parking) et un probable colmatage des reveternents poreux (efforts de cisaillernent lies a une circulation et des rnanreuvres frequentes de camions) excluant l'enrobe drainant. Mais Ia volonte d'innovation du maitre d'ouvrage (image d'un centre qui se devait d'innover aussi a

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travers les techniques de viabilisation de Ia zone) et peut-etre aussi Ia pression de chercheurs ayant participe a Ia conception du projet qui voyaient dans cette zone un champ interessant d'experimentation ont sans doute occulte ces contraintes. Cette zone existe depuis 5 ans environ et presente effectivement des signes inquietants de colmatage.

Le deuxieme cas concerne l'assainissement de parties de zones d'habitation collectif par puits d'injection dans Ia nappe. La encore, le systeme a mis )'accent sur des problemes potentiels de pollution et d'entretien de ces techniques. Pour ce cas, Ia divergence des resultats porte sur le fait qu'aucune autre alternative aux puits n'avait ete envisage. De plus, les questions sur un certain nombre de criteres n'avaient pas ete examinees, bien que )'information eat ete facilement disponible (le probleme principal pour cette collectivite etant de faire face le plus rapidement possible au probleme des debordements devenus chroniques sur leur reseau).

Par ailleurs, I' outil informatique qui permet de deduire des solutions ou bien de verifier si une solution particuliere est viable, a fait I' objet des commentaires suivants. Apres l'avoir fait tester a de nombreuses reprises, les utilisateurs ont decele dans cet outil une double fonction : d'une part une aide au choix de principes techniques, jugee riche dans Ia mesure ou elle pousse a se poser de « bonnes questions» et d'autre part, un outil didactique precieux permettant un apport de connaissances important sur les techniques alternatives elles-memes.

4. Deuxieme phase: aide au choix d'un scenario d'assainissement

4.1. Objet

L'objectif de cette phase est d'aider a choisir le scenario d'assainissement le mieux adapte aux objectifs de chacun des decideurs et aux differentes contraintes (liees au site et aux techniques). Un scenario d'assainissement est un ensemble d'ouvrages dont les principes techniques ont ete identifies comme possibles lors de Ia premiere phase. En outre, le scenario d' assainissement suppose que les ouvrages soient dimensionnes, que des technologies particulieres soient choisies et enfin qu'ils soient positionnes dans le projet d'amenagement.

4.2. Ensemble des criteres de decision

Les criteres de decision ont ete elabores avec Ia meme methode que celle utilisee pour Ia phase de tri. A ce niveau, Ia difficulte a ete autant de definir un ensemble fini de criteres que de trouver des modes d'evaluation pertinents. Les differents aspects a aborder sont en effet multiples et imprecis (impact a long terme de ces techniques sur l'environnement nature) par exemple).

En outre, tout comme les criteres discriminants, les criteres de decision doivent suivre certaines exigences afin de former une famille coherente de criteres

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[ROY 85]. lis doivent verifier des conditions d'exhaustivite, de cohesion et de non redondance. II nous est cependant difficile d'affirmer que I' ensemble de criteres que nous avons bati repond aux deux derniers axiomes. En ce qui conceme l'exhaustivite, notons que I' effort a porte sur« l'exhaustivite de criteres minimaux » qu'il serait raisonnable d'evaluer quel que soit le projet traite.

FamiUes Criteres Impact paysager (*)

Amenagement Contraintes concernant l' amenagement (*) Possibilite de fonctions de loisir (*)

Etudes i\ mener in situ (*) ou (**) Coot lnvestissement (**)

Statutjuridique de l'ouvrage (*) Rentabilite du scenario par rapport au developpement de Ia zone (*)

Efficacite Aptitude i\ supporter des evenements pluvieux exceptionnels (*) hydraulique Impact en cas de debordement (*) ou (***)

Impact sur Ia population (*) . Influence du Risques pouvant perturber Ia securite des personnes(*)

scenario sur Autres fonctions techniques possibles (*) son Aptitude i\ retenir une pollution particulaire chronique (***)

environnement Aptitudt: i\ retenir une pollution dissoute chronique (***) Efficacite du scenario contre les pollutions accidentelles (*) Ouvrage operationnel (necessite d'ouvrages provisoires)(*)

Mise en oeuvre Impact du chantier sur Ia population (*) Suivi de )'operation(*) Frequence de l'entretien courant (*)ou (**) Materiel necessaire i\ I' entretien courant (*) ou (**)

Entretien et « ContrOiabilite »de l'entretien (*) Gestion Recuperation de dechets Iors de I' entretien courant (*)

Consommation en ener~ie (*) Risques pouvant perturber Ia securite du personnel (*) Degradation possible de l'ouvrage (*)

Developpement Renouvellement de l'ouvrage (*) a lonR terme Recuperation de dechets lors de Ia rehabilitation (*)

Nature de !'evaluation des criteres (*) qualitatif- (**) quantitatif- (***) ordinal

Tableau 3. Liste des criteres de decision

Finalement, nous avons determine, toujours avec le concours du reseau « d'experts », 27 criteres de decision regroupes en sept families (cf. tableau 3). Dans [AZZ 96], nous avons defini pour chaque critere le moyen de les evaluer.

Les criteres ont des echelles pouvant etre quantitatives (evaluables par une valeur numerique), qualitatives (evaluables par un echelon) ou bien encore ordinates (ordre de preference des actions suivant le critere considere).

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4.3. Aide a Ia generation de scenarios

Si dans Ia phase I, Ia generation de principes techniques etait relativement facile car ne faisant intervenir que des solutions denombrables et ne demandant aucune creativite particuliere, Ia generation des scenarios d'assainissement est beaucoup plus epineuse. En effet, le probleme ne se limite pas a une simple combinatoire de techniques possibles. Imaginons, pour illustrer cette difficulte, que parmi les principes admissibles ne figure que Ia retention en bassin sec etanche. Rien que pour ce principe initial unique, une quasi-infinite de scenarios existe. II est possible par exemple de concevoir un seul bassin centralise a divers emplacements de Ia zone, plusieurs jeux de bassins en cascade places de maniere eparpillee sur Ia zone ... Chacun des bassins peut-etre etanche de maniere diverse (beton, geomembrane, argile nue ... ). Les bassins peuvent avoir chacun des fonctions propres, etc. II est done difficile et meme inconcevable de construire « automatiquement » ces scenarios.

Notre contribution est restee a ce niveau extremement modeste. Nous avons pris le parti de laisser « le concepteur concevoir » differents scenarios en proposant cependant une demarche d'etude s'appuyant sur des aides ponctuelles.

4.3.1. Aides techniques

L'effort prescriptif s'adressant tres clairement aux hommes d'etudes a ete porte sur quatre points incontoumables peu ou mal abordes dans Ia construction traditionnelle des scenarios d'assainissement altematif. II s'agit du choix de I' emplacement des differentes techniques, du predimensionnement, de Ia prise en compte de fonctions autres qu'hydrauliques et enfin de Ia gestion des evenements extremes. Dans [AZZ 96], des aides sont apportees a chacune de ces etapes, generalement sous forme de tableaux regroupant diverses recommandations ou d'organigrammes pouvant permettre d'eviter les oublis.

4.3.2. Aide methodologique

En raison de Ia nature de ces ouvrages, il faut, des ce stade de l'etude, tenir compte non seulement des particularites liees a leur conception mais aussi des particularites liees a leur realisation, leur entretien, leur gestion, leur utilisation. Finalement, ce travail, pour qu'il aboutisse correctement, doit s'appuyer sur Ia formation d'une equipe de travail pluridisciplinaire (techniciens, amenageurs, etc.).

II est primordial de bien identifier les differents acteurs et de definir correctement le rOle de chacun. L'intervention d'une personne exterieure au projet, mais connaissant suffisamment ses tenants et ses aboutissants, nous semble une solution appropriee pour conduire les seances de travail, un peu a l'image de ce qui est pratique couramment en analyse de Ia valeur. Des exemples reussis existent en ce sens [NOY 92], [CHA 92], [ALF 94]. II est cependant vrai que Ia constitution de cette equipe pluridisciplinaire (amenageurs, « assainisseurs », decideurs) est plus ou moins difficile selon l'ampleur du projet.

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Pour avoir teste ce mode de travail, il est important de veiller a ce que Ia multiplicite des intervenants n'entrave pas Ia phase d'elaboration de scenarios. Des debats infructueux peuvent etre evites en gardant, dans I'ensemble des scenarios potentiels, ceux qui peuvent sembler mauvais a certains acteurs. Si le scenario est veritablement mauvais, I'etape suivante de selection le fera ressortir !

4.4. Methode d'aide a Ia selection

La demarche proposee est classique. Les criteres de decision, definis precedemment, sont dans un premier temps ponderes en fonction des systemes de valeurs des decideurs. Les differents scenarios sont ensuite evalues sur chacun des criteres a partir de Ia connaissance d'un site et de l'avis des decideurs eux-memes. Pour une meilleure utilisation des differentes informations obtenues, un tableau de synthese (matrice des evaluations) est alors construit. Puis, afin de permettre Ia comparaison des differents scenarios, une methode d'analyse multicritere est utilisee. II est ensuite important de verifier Ia stabilite des recommandations en menant des analyses de sensibilite et de robustesse.

Cette etape presente deux interets majeurs qui sont, d'une part d'obliger a )'evaluation globale de scenarios d'assainissement au vu d'un certain nombre de criteres et, d'autre part d'autoriser une comparaison des scenarios entre eux.

Nous avons defini un ensemble de criteres de decision dont beaucoup ont Ia particularite d'etre souvent conflictuels, incommensurables et dont l'importance est per~ue par les decideurs avec des rationalites fort eloignees. L'approche d'aide a Ia selection adoptee a done tout naturellement ete d'utiliser des methodes multicriteres basees sur I'agregation partielle utilisant chaque critere exprime dans son propre systeme de valeur. Nous avons opte plus particulierement pour des methodes de classement integrant Ia notion de ponderations des criteres. Nos tests ont porte sur deux methodes : ELECTRE II et ELECTRE III developpees au LAMSADE [ROY 71], [ROY 78]. La premiere utilise de vrais criteres alors que Ia seconde travaille avec des pseudo-criteres integrant une part d'incertitude et d'imprecision sur I' evaluation de certains criteres.

Concretement, ces methodes necessitent de construire Ia matrice des evaluations (synthese des evaluations des differents projets sur chacun des criteres), de choisir un systeme de ponderation, de fixer differents seuils (des seuils de concordance et discordance pour chaque critere en ce qui concerne ELECTRE II, des seuils d'indifference, de preference, de veto pour chaque critere et une fonction seuil pour ELECTRE III).

Une des difficultes principales, hormis l'evaluation des criteres, a concerne Ia definition de ces differents seuils.

Nous pouvons dire ace niveau que Ia methode de resolution n'a eu a nos yeux et aux yeux de nos partenaires que peu d'importance. Elle s'est imposee parce que le nombre de criteres etait important et qu'un outil de comparaison synthetique des solutions devenait bien utile. II a fallu neanmoins verifier et assumer Ia pertinence et I'operationalite de ces methodes vis a vis de notre probleme.

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4.5. Validation de Ia deuxieme phase

4.5.1. Validation interne

Pour cette phase, nous avons dO approfondir Ia validation interne de Ia methode et notamment nous prononcer sur Ia bonne adequation des methodes d'agregation utilisee. Nous avons utilise pour cela trois etudes reelles : deux amenagements de ZAC presentant chacune 4 scenarios a comparer et une restructuration de quartier ayant fait I' objet de 8 scenarios d'assainissement alternatif [AZZ 96].

Nous avons mene pour chaque exemple et pour chacune de deux methodes (ELECTRE II et III) des etudes de robustesse et de sensibilite.

Pour l' etude de sensibilite, nous avons fait varier les ponderations et les seuils en considerant toujours une politique coherente de decision. Nous avons egalement fait varier les echelles d'evaluation de certains criteres et fait evaluer les memes projets par des personnes differentes [BER 95]. Dans )'ensemble, nous avons pu remarquer une certaine stabilite des resultats : le classement final est plus ou moins different selon les hypotheses de depart mais il reflete generalement Ia meme tendance. Dans les deux premieres etudes comportant 4 scenarios, les differences essentielles resident dans le fait que, pour certains jeux de parametres, des solutions deviennent ex aequo. Dans le deuxieme cas (8 scenarios), les trois premiers du classement restent identiques.

L'analyse de robustesse permet de conclure que le domaine de variations des poids ne change pas Ia configuration de Ia solution de base.

Les etudes traitees ne montrent pas de difference notable entre les classements obtenus avec l'une ou I' autre methode. ELECTRE III, bien que seduisante, s'avere lourde dans son utilisation et notamment dans Ia definition des ces parametres.

4.5.2. Validation externe

Comparaison de decisions prises avec et sans Ia methode proposee

Comme dans Ia phase de tri, des comparaisons ont ete entreprises entre les resultats issus de notre methodologie et les resultats issus de decisions arretees sans modele particulier. La encore, pour l'utilisation de notre methodologie, les evaluations des criteres ont ete faites conformement aux donnees connues au moment de Ia prise de decision. Les ponderations ont ete « calees » sur les preoccupations et les exigences des decideurs presentes egalement au moment de Ia prise de decision (en tout cas ce qu'ils ont bien voulu nous en dire !).

En ce qui concerne, les deux etudes concernant l'assainissement de ZAC, Ie classement obtenu avec notre methodologie allait dans le sens de Ia solution finalement retenue dans le projet. Sur ce premier cas, certes peu probant (4 solutions candidates seulement), notre methode n'a apportee aucune valeur ajoutee.

En revanche, dans Ie second cas (restructuration de quartier), les resultats ont diverge. II semble que les solutions retenues dans le projet l'ont ete uniquement sur des criteres de coOt d'investissement comme cela se fait communement. Ce que I' on peut constater est que le decideur, meme s'il affiche une volonte forte d'ouverture et

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de transversalite, comme c'etait le cas dans cette etude, se trouve.demuni quand il faut gerer ce type de situation (difficulte de formalisation des criteres, difficulte d'embrasser Ia complexite). II est alors plutot enclin a reproduire des reflexes decisionnels (moindre cofit par exemple) meme s'il s'accorde a dire, apres coup, que son principal moteur n'etait pas exclusivement financier. II est interessant de constater que le projet reellement choisi a pose, ulterieurement a cette etude, des problemes de gestion des ouvrages et que c'etait justement sur des criteres d'entretien que Ia solution reellement choisie avait ete « declassee » en utilisant notre methode.

Validation de la methode en termes d'utilisation

La methode a ete jugee dans un premier temps comme un peu trop normative (rigide). Puis expliquee et appliquee au cas concret, elle a ete jugee comme extremement riche car faisant un tour tres exhaustif des points a considerer avant Ia decision. Cela peut legitimer le bien-fonde d'une telle approche mais relativise aussi notre ambition de proposer une methode generate pouvant etre appliquee simplement.

En outre, notre methode presente trois autres faiblesses :

- La difficulte d'evaluation de certains criteres. Ce fut par exemple le cas pour determiner I' efficacite des differents scenarios face aux pollutions accidentelles. Pour pallier ce probleme, nous avons finalement procede par comparaison des scenarios sur le critere et fait implicitement une evaluation ordinate. Ce fut le cas egalement de I'« Aptitude du scenario a retenir une pollution particulaire ou dissoute chronique ». Dans ce cas, nous avons utilise l'etude de sensibilite pour mesurer )'influence de ce critere sur le classement final. Dans les cas traites, les classements que nous avons obtenus etaient stables aux variations liees aux incertitudes ;

- Le nombre important de criteres (27) dont I' evaluation est parfois fastidieuse et qui nous pousse aujourd'hui a travailler sur les indicateurs plus synthetiques par grandes families de criteres et des modes d'evaluation quasi automatique (notamment pour les criteres a caractere technique).

- Lafaiblesse de ['aide que nous apportons au niveau de la ponderation pour de etudes nouvelles. C'est une etape qu'il sera egalement necessaire de mieux prendre en consideration, Ia negliger ou passer sur Ia difficulte de sa mise en ceuvre serait prendre le risque que tout le processus de decision ne devienne caduc.

5. Conclusion

Developper une telle methodologie presente finalement a nos yeux deux interets :

- Un interet pragmatique. Disposer d'un outil d'aide au choix de scenarios d'assainissement pluvial, c'est tout d'abord donner des moyens « aux decideurs »de

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faire de bons investissements et qui, rappelons-le, representent pour les collectivites des charges financieres considerables. Les enjeux sont importants et ne sont plus uniquement economiques. Citons par exemple Ia meilleure gestion du risque d'inondation, Ia contribution a Ia protection des milieux recepteurs et des ressources en eau, Ia rentabilisation des investissements techniques.

Les methodes et les outils proposes permettent d'offrir un bon support de negociation et d'arbitrage s'appuyant sur de multiples points de vue et ainsi de sortir des logiques monolithiques (purement financiere, purement technique ... ). Nous avons aussi souhaite donner aux hommes d'etudes une aide qui leur permettra d'imaginer des solutions et d'integrer Ia gestion de l'eau non plus uniquement comme une contrainte mais comme une nouvelle fa~on de concevoir les espaces urbains. La phase de tri est en bonne voie de legitimation car de nombreuses collectivites desirent acquerir le systeme expert. La phase de selection merite encore d'etre affinee et travaillee avant d'etre diffusee. Cependant, elle continue a vivre a travers des etudes que nous menons. Ce que nous pouvons dire et qui assoit sa credibilite, est que, comme le mentionne B. Roy, cette methode s'est appuyee sur !'existence [ROY 90]:

« d'une communaute de recherche suffisamment large qui s'y interesse et voit dans ces modeles ( ... ) des instruments appropries aux: projets de ['aide a Ia decision »,

« d'un type de tissus decisionnels dans le cadre duquel on peut constater leur caract ere productif en permettant soit de faire des predictions, soit de provoquer ou, au contraire, d'eviter, suivant le cas, des phenomenes (manifestations, evenements, experiences vecues) en rapport avec Ia decision».

- Un interet en termes de recherche. Cette methodologie est de nature a permettre de capitaliser, structurer et coordonner les connaissances dans le domaine des techniques alternatives en assainissement pluvial. II faut savoir que cette recherche a fait emerger et a permis de finaliser d'autres axes de recherches plus sectoriels (modelisation globale de !'infiltration des eaux de ruissellement en milieu urbain par exemple).

Elle permet egalement de reflechir et de contribuer a Ia definition de modeles de decision multi-experts et parfois multipilotes. En raison de Ia complexite des problemes que !'on vise a resoudre aujourd'hui dans les differents domaines du Genie Civil et du Genie Urbain, !'approche utilisee peut s'averer en ce sens particulierement enrichissante et notamment en ces temps oil les domaines scientifiques sont particulierement cloisonnes.

Les modeles utilises sont cependant tres classiques dans Ie domaine de I' aide a Ia decision (modele systemique fonctionnel de Ia decision (synchronique) et analyse multicritere). Nous voudrions continuer a developper ces methodes en essayant aujourd'hui d'integrer !'aspect diachronique c'est-a-dire de faire evoluer les methodes et outils en integrant leurs usages dans le temps (capitalisation des decisions et integration de !'experience acquise lors des phases d'aide a Ia decision mais aussi !'analyse du devenir des decisions prises avec des outils de ce type).

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6. Bibliographie

[ALF 94] ALFAKIH E, AzzoUT Y., CRES F.N., 1994: «Etude de l'assainissement des terrains de Sermenaz (commune de Rillieux) ». Lyon, 1994, Rapport d'etude pour le service Developpement Urbain du Grand Lyon, 37 p.

[AZZ 96) AZZOUT Y., 1996 : «Aide a Ia decision appliquee au choix des techniques alternatives en assainissement pluvia ».These de doctorat- INSA de Lyon, 1996. 245 p.

[AZZ 94) AZZOUT Y., BARRAUD S., CRES F.N., ALFAKIH E., 1994: Techniques alternatives en assainissement pluvial. Paris :Tech & Doc de Lavoisier, 1994, 372 p.

[AZZ 95] AzzoUT Y., BARRAUD S., CRES F.N., ALFAKIH E., 1995: «Decision aids for alternative techniques in urban storm management >>. Water science and technology. Great Britain, vo132, n°1, pp. 41-48.

[BAR 94) BARRAUD S., CHOC:AT B., CRES F.N., AZZOUT Y., ALFAKIH E., 1994: « Faisabilite d'une methodologie d'aide a Ia decision pour le choix et Ia conception de techniques. alternatives en assainissement pluvial ». Lyon : CNRS, PIR Villes, 1994, 27 p.

[BER 95] BERNARD N., 1995: « Methodologie d'aide a Ia selection de techniques alternatives en assainissement pluvial>>. DEA: INSA de Lyon, Iaboratoire Methodes, 1995, 162 p.

[CHA 92] CHAIB J., REYSSET P., 1992: « Gestion des eaux pluviales et urbanisme vert». International conference on innovative technologies: Novatech'92, Lyon, 1992, pp. 191-198.

[CRE 89] CRES F.N., 1989 : « Contribution des systemes a bases de connaissances en sciences de l'eau >>. These D.I.: Ecole Nationale Superieure des Mines de Saint-Etienne, 1989. 280 p.

[LEM 90] LE MOIGNE J.L., 1990 : La modelisation des systemes complexes. Paris, Dunod, collection Afcet systemes, 1990, 178 p. ·

[NOY 92] NOVELLE J., KOVACS Y., 1992: «La prise en compte des contraintes hydrologiques dans Ia conception des des zones d'amenagement: exemple de zone d'activite de Ia Croix de fer a Amiens-Giisy >>. International Conference on Innovative Technologies, Novatech '92, Lyon, 1992, pp 253-259.

[ROY 78] RoY B., 1978 : « Electre III : un algorithme de classements fonde sur une representation floo.1e des preferences en presence de critere multiple>>, Cahier du CERO, 1978, vol. 20, n° 1, pp. 3-24.

[ROY 85] Roy B., 1985 : Merhodologie multicritere d'aide a La decision. Paris: ed. Economica, 1985, 423 p.

[ROY 90] Rov B., 1990: <<Science de Ia decision ou science de I' aide a Ia decision». Cahier du LAMSADE Universite Paris Dauphine, 1990, n°97, 38 p.

[ROY 71] RoY B., BERTIER P., 1971 : << La methode ELECTRE II, une methode de classement en presence de criteres multiples >>, Document LAMSADE Universite Paris Dauphine, 1971, n° 142.

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