Gestion des risques naturels: Une approche fondée sur l ...theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0039/these.pdf · Ecole Doctorale Informatique et Information pour la Soci¶et¶e

Ecole Doctorale Informatique et Information pour la Societe

Hajji Hicham

27eme Section InformatiqueLIRIS (Laboratoire d’InfoRmatique en Image et Systemes d’information)

Gestion des risques naturels : Une approche fondee surl’integration des donnees

THESE

Pour l’obtention de grade de Docteur en Informatique

a l’Institut National des Sciences Appliquees de Lyon, INSA-LyonLyon, France.

Jury :

Elisabeth Metais : Rapporteur

Herve Martin : Rapporteur

Gerard Brugnot : Examinateur

Mohand-Saıd Hacid : Directeur de these

Robert Laurini : Examinateur

Nourdine Badji : Examinateur

Jean-Pierre Aste : Invite

Dans le cadre d’une convention CIFRE avec L’entreprise GIPEA

Table des matieres

1 Introduction 91.1 De l’information geographique a la prevention des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3 Problematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.5 Organisation du memoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 Etat de l’art sur les systemes d’information geographiques et les risques naturels 172.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1.1 Plan du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2 L’approche PPRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2.1 La mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.2 La preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.3 La reponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.4 La rehabilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.5 Donnees / Phases du PPRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.5.1 La mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.5.2 La preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.5.3 La reponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.5.4 La rehabilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.3 Les Systemes d’Information et les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.1 Les Systemes d’Information Geographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.2 Les contraintes liees au developpement de systeme d’information pour la gestion des risques

naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.3.3 L’heterogeneite des donnees impliquees dans la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . 24

2.3.3.1 Heterogeneite des systemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.3.2 Heterogeneite syntaxique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.3.3 Heterogeneite structurelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.3.4 Heterogeneite semantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4 L’integration des donnees dans les systemes d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.0.5 Integration de donnees geographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.5 L’application des SIG dans la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.5.1 La modelisation du risque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.5.2 La surveillance des phenomenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

- 1 -

TABLE DES MATIERES

2.5.3 La cartographie du risque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.5.4 La procedure d’evacuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.5.5 L’organisation des secours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.5.6 La rehabilitation : l’evaluation des dommages et des degats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.5.7 Les experiences des entreprises publiques dans la gestion des risques . . . . . . . . . . . . . . 362.5.8 Les systemes pour la protection de l’environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.6 L’incertitude et les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.7 Les SIG et l’evaluation de la vulnerabilite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.8 Les initiatives a l’echelle nationale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.8.1 L’exemple Americain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.8.2 L’exemple Francais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.8.2.1 La diffusion de l’information geographique sur les risques . . . . . . . . . . . . . . . 402.8.3 L’exemple Anglais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.8.4 L’exemple Canadien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.8.5 L’exemple Australien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.8.6 L’initiative INSPIRE : INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe . . . . . . . . . . . 42

2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3 Quelques applications relatives aux risques naturels 443.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.1.1 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.2 Le systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2.2 La prevention du risque avalanche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2.2.1 La connaissance historique des phenomenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.2.2.2 L’information preventive de la population . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.2.2.3 La preparation aux situations de crise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.2.2.4 La prise en compte du risque avalanche dans l’amenagement du territoire . . . . . . 513.2.2.5 Proposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.3 La presentation du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.2.3.1 Le territoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.2.3.2 Le phenomene avalanche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.2.3.3 Les procedures de mise en securite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.2.4 L’architecture et les modules du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.2.4.1 L’architecture du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2.4.2 Le module cartographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.4.3 Le module d’information sur les batiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.4.4 Le module d’information sur les avalanches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2.4.5 Le module de Vulnerabilite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2.4.6 Le module d’estimation pour l’evacuation des personnes en danger . . . . . . . . . . 61

3.2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.3 Le systeme SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.3.2 L’approche traditionnelle d’un Plan de Prevention ”multirisques” . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.3 Presentation du systeme SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.3.3.1 Les utilisateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

- 2 -

TABLE DES MATIERES

3.3.3.2 la structuration des donnees disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.3.3 l’aide a l’identification des aleas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.3.3.4 La caracterisation des elements exposes et de leur vulnerabilite . . . . . . . . . . . . 673.3.3.5 L’evaluation quantifiee des pertes et prejudices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.3.3.6 La communication et l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.4 Bilan et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.4 Le systeme GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.4.2 La description geotechnique du sous-sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.4.3 L’information geotechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.4.4 Presentation du systeme GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.4.5 L’architecture de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.4.5.1 Les utilisateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.5.2 Les Modules de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.4.5.3 L’acces aux donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.4.5.4 Les sources de donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4 Architecture d’un systeme d’information integre pour la gestion de risques naturels 874.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.1.1 Proposition d’une architecture d’un systeme d’information integre pour la gestion des risquesnaturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.2 Architecture fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 894.2.1 Le module de surveillance des phenomenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.2.2 Le module d’evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.2.3 Le module de communication et d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 934.2.4 Le module d’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.3 Architecture Logicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 944.3.1 Le module d’acquisition des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.3.2 Le Module de visualisation des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.3.2.1 La visualisation cartographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.3.2.2 La realite virtuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.3.2.3 Animation visuelle en temps reel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964.3.2.4 Les hypercartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.3.2.5 La cartographie des risques sur le Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.3.3 Le module d’integration de donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.3.3.1 La gestion des documents sur les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.3.3.2 L’utilisation des ontologies dans la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . 1014.3.3.3 Integration des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4 Proposition d’une ontologie pour les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.4.1 Le langage d’ontologie OWL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4.1.1 Logiques de description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.4.2 Les composantes de l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.4.2.1 Les concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1064.4.2.2 Les relations entre les concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.4.2.3 Les relations entre les concepts relatifs aux risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

- 3 -

TABLE DES MATIERES

4.4.2.4 Liens entre relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.4.2.5 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.4.3 La construction de l’ontologie pour la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.4.3.1 Un concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.4.3.2 Expression des roles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.4.3.3 Declaration des individus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.4.3.4 Expression de la relation de specialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.4.3.5 Les conditions necessaires pour la definition des concepts . . . . . . . . . . . . . . . 1164.4.3.6 Les conditions necessaires et suffisantes pour la definition des concepts . . . . . . . 1164.4.3.7 L’hypothese du monde ouvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1164.4.3.8 La classification et la verification de consistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

4.4.4 L’ontologie pour les ressources sur les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.4.4.1 Implantation de l’ontologie avec Protege 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.4.4.2 Un extrait de l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.5 Integration des donnees : Une methode basee sur le modele OpenGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.5.1 Exemple de motivation dans le domaine de la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . 1224.5.2 Le role de l’OpenGIS dans l’integration et le partage des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.5.3 Le modele semantique de l’OpenGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.5.4 Les etapes de la methodologie pour l’integration des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

4.5.4.1 Definir l’objectif du systeme a construire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.5.4.2 Definir les informations a collecter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.5.4.3 L’integration des sources de donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294.5.4.4 Analyser les schemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5 Conclusion 1525.1 Contributions de la these . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1535.2 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

5.2.1 L’automatisation de l’acquisition des connaissances relatives aux risques naturels . . . . . . . 1545.2.2 La modelisation spatio-temporelle des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.2.3 L’utilisation des services Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.2.4 La communication sur le risque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

A Description des sources DGI, PCI, et GeoRoute 157A.1 DGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

A.1.1 Le fichier des proprietes baties (FPB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157A.1.2 Le fichier des proprietes non baties (FPNB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158A.1.3 Le fichier des proprietaires (FP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159A.1.4 Le repertoire informatise des Voies et Lieu-dits (RIVOLI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159A.1.5 Le fichier de la taxe d’habitation (FTH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160A.1.6 Le plan cadastral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

A.2 PCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161A.3 GeoRoute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

B Une ontologie pour la gestion des risques naturels 164

- 4 -

Liste des tableaux

2.1 Quelques exemples de conflits sur les donnees geographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2 Exemples d’application des SIG dans la gestion des risques naturels a une echelle locale . . . . . . . 31

3.1 Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.2 Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.3 Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4.1 Syntaxe de quelques constructeurs de concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.2 Exemples de relations semantiques entre les concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.3 Exemples de concepts avec la syntaxe OWL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.4 Exemples d’axiomes avec la syntaxe OWL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.5 Identification des sources disponibles pour les elements exposes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294.6 Exemple de deux classes d’elements exposes a integrer : Exemple 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

A.1 La structure du fichier des Proprietes Baties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158A.2 Une autre representation de la structure du fichier des Proprietes Baties . . . . . . . . . . . . . . . . 158

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Table des figures

1.1 La relation entre les decideurs, le territoire, et le systeme d’information pour l’aide a la decision,d’apres Laurini 2001 [81] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 Les etapes de construction d’un systeme d’information pour les risques naturels . . . . . . . . . . . . 131.3 La progression entre le triplet donnees-informations-connaissances, d’apres Sena et Shani 1999 [108] 15

2.1 Les phases du cycle de gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2 Description des phases du cycle de gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3 La structure d’un systeme d’information geographique, d’apres Laurini 2001 [81] . . . . . . . . . . . 232.4 Differentes representations des donnees spatiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.5 Quelques contraintes reliees au developpement de systeme d’information sur la gestion des risques

naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.6 Interoperabilite en SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.7 Differentes structures du concept rue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.8 La description de l’information spatiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.9 SIG multi-representation obtenu a partir d’un processus d’integration et d’appariement, d’apres

Devogele 1997 [35] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.10 Le modele numerique de terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.11 Exemple de deux images satellitaires prises en deux instants differents surveillants un volcan . . . . 332.12 Carte des communes soumises au risque de mouvement de terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.13 Plan d’evacuation du Hurricane Jupiter, Source : FEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.14 Evaluation de la vulnerabilite a partir de la connaissance des enjeux et des aleas . . . . . . . . . . . 382.15 L’initiative INSPIRE : Infrastructure for Spatial Information in Europe . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1 Les fonctionalites et les caracteristiques d’un systeme d’aide a la decision, d’apres Turban et Aronson1998 [123] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.2 La structure d’un systeme d’aide a la decision spatiale, adapte a partir de Laurini 2001 [81] . . . . . 463.3 Une synthese des systemes d’information developpes et leurs relations avec les procedures de gestion

des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4 Exemple du phenomene avalanche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.5 Les elements constitutifs de la prevention du risque avalanche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.6 La carte CPLA 73.07 ARVAN-GLANDON ; Cemagref-IGN ; 1993, Source Cemagref IGN . . . . . . . 503.7 Les cas d’utilisation dans le systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.8 Denombrement des personnes a mettre en securite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.9 Les modules du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.10 Architecture du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

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TABLE DES FIGURES

3.11 Les informations gerees par le systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.12 L’interface graphique pour affichage des elements du territoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.13 Interfaces d’affichage du systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.14 Le schema de la base de donnees sur les batiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.15 Affichage des informations sur les avalanches qui touchent le batiment selectionne . . . . . . . . . . . 603.16 Les cas d’utilisation du systeme PPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.17 Architecture du systeme PPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.18 Un extrait des donnees gerees par SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.19 Affichage des zones menacees par les inondations et les mouvements de terrain . . . . . . . . . . . . 673.20 Exemples d’applications de l’indice IRIS dans le systeme SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.21 Bilan des elements de valeur affectes pour une zone d’alea definie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.22 Exemple de log de sondage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.23 Les cas d’utilisation du systeme GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.24 Architecture de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.25 Le diagramme d’activite de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.26 Hierarchie des donnees dans GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.27 Le diagramme de sequence UML de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.28 Exemple de fichier de mesures geotechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.29 Le module d’import des fichiers issus directement des appareils de sondages . . . . . . . . . . . . . . 783.30 Exemples de Logs sondages produits par GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.31 Les classes ADO utilisees dans le systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.32 Le diagramme UML de deploiement de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.33 Les Donnees de GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.1 Architecture du systeme d’aide a la decision pour la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . 894.2 Le module de surveillance et de controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.3 Determination des hauteurs de vol au droit d’un filet d’interception par 3D Traj . . . . . . . . . . . 914.4 Affichage et reglage de la matrice d’endommagement sur le parametre hauteur d’eau dans le cas des

inondations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 924.5 La presentation des textes specifiques aux risques naturels pour information du publique et des

responsables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 944.6 Exemple de maillage triangulaire d’un front rocheux a partir du releve d’une serie de profils . . . . . 964.7 Exemples de techniques de visualisation appliquees a des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . 964.8 Un exemple d’hyperdocumentation dans la gestion des risques d’inondation par les ruisseaux du

Grand Lyon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.9 Exemple de fichier GML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.10 Integration des donnees dans le systeme propose de reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.11 L’interaction entre les elements dans l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.12 Quelques exemples de concepts modelises dans l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.13 Les relations entre les concepts de l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.14 Hierarchie de la relation Affecte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.15 Le concept document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.16 Interface graphique de protege montrant certains concepts modelises dans l’ontologie . . . . . . . . . 1184.17 Declaration des instances des documents dans l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.18 Les statistiques des elements presents dans l’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.19 Le modele semantique de l’OpenGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

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TABLE DES FIGURES

4.20 La classe des metadonnees et ses composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1254.21 Les etapes de la methodologie d’integration proposee pour la gestion des risques naturels . . . . . . . 1264.22 Integration des sources de donnees pour avoir une vue consolidee sur chaque element expose . . . . . 1284.23 Extension de la classe MDMetadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.24 Extension de la classe Theme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.25 La classe ObjetGM et ses composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.26 Les etapes de l’integration des schemas, d’apres [35] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334.27 Instances de la classe MD ReferenceSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1354.28 Instances de la classe MD Metadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1364.29 Instances de la classe MD Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374.30 Instances de la classe MD Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1384.31 Instances de la classe MD Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1394.32 Instances de la classe MD SpatialRepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1404.33 Instance de la classe MD ContentIdentification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1414.34 Instance PCI de la classe GM Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.35 Instance GeoRoute de la classe GM Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1434.36 Assertions sur les parcelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444.37 Assertions sur les subdivisions fiscales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1454.38 Deux unites d’analyse differentes (le batiment et le local) a integrer presentes dans les deux sources . 1454.39 Assertions sur les batiments et les locaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.40 Assertions sur les Lieux-dits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.41 La preservation des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.42 La fusion des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.43 L’union des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.44 L’intersection des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1484.45 La partition des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1484.46 La generalisation des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.47 La specialisation des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.48 La generalisation-specialisation des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1504.49 L’union-Intersection des classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

A.1 Le modele de donnees reduit pour la DGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160A.2 Le modele de donnees reduit du Plan Cadastral Informatise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161A.3 Le modele de donnees reduit de GeoRoute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

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Chapitre 1

Introduction

Sommaire1.1 De l’information geographique a la prevention des risques . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3 Problematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.5 Organisation du memoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.1 De l’information geographique a la prevention des risques

Ces dernieres quinze annees ont ete marquees par l’essor de l’information geographique et un fort developpe-ment informatique, qui ont donne lieu a l’avenement de la geomatique. Actuellement, les donnees geographiques,definies comme des donnees a reference spatiale, sont largement disponibles sous la forme traditionnelle des cartes,avec possibilite de numerisation manuelle ou automatique, sous forme de bases de donnees ou d’images.

Depuis la loi de juillet 1987, qui proclame le droit des citoyens a etre informes sur les risques auxquels ils sontconfrontes, toutes les enquetes et tous les retours d’experiences ont souligne le caractere primordial de l’informationen matiere de prevention. Un effort sans cesse croissant lui a ete consacre.

De nombreuses reflexions ont porte sur les destinataires a toucher, sur les medias a utiliser ; l’informationest devenue en quelque sorte foissonnante. Les utilisateurs et demandeurs potentiels se sont multiplies au sein dela societe : les professions, les collectivites, les institutions, et les associations sont devenues des parties prenantes.

L’information sur les risques naturels implique que toute personne concernee accede a certaines donnees.L’acces ne suffit pas, il faut aussi que ces donnees soient comprises et utilisees pour ce qu’elles sont, avec leursincertitudes et defauts de precision. Ces etapes constituent une sorte de prealable relationnel a toute volonte,decision ou action de prevention, individuelle ou collective.

1.2 Contexte

Depuis les annees 1990, on assiste a une forte augmentation des catastrophes naturelles d’origine climatiquedans le monde (inondations, orages tropicaux, secheresses) notamment dans les pays du Sud. Plus de 200 millionsde personnes par an ont ete touchees par des fleaux naturels ou des accidents technologiques depuis 1990, et plus de

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1.2 Contexte

60 000 personnes sont tuees chaque annee selon la Croix-Rouge. L’un des exemples le plus frappant reste cependantle dernier Tsunami engendre par un seisme sous-marin majeur, qui a touche les pays du Sud-Est de l’asie, dont lebilan porte a plus de 225.000 le nombre total de personnes tuees.

En plus de l’impact1 des catastrophes naturelles sur la vie de la population, leurs impacts socio-economiquessont souvent non negligeables, et se decomposent en deux types :

– d’une part, les impacts tangibles (ceux qui peuvent faire l’objet d’une estimation monetaire car ils concernentdes biens et des services marchands), et les impacts intangibles (qui, en l’etat actuel des connaissances, nesont pas traduits en termes monetaires, comme la degradation des milieux naturels et la perte de biensirremplacables comme le patrimoine) ;

– d’autre part, les effets directement lies aux phenomenes et les consequences indirectes des evenements.Confrontees a cette nouvelle donne, les Nations Unies et l’Union Europeenne ont renforce les actions de

prevention au plan international, et ont mis en place des instruments destines a proteger les populations et l’en-vironnement. Le systeme des Nations Unies est present sur deux fronts. D’un cote, il s’emploie a secourir au plusvite les victimes, principalement par l’intermediaire de ses organismes d’execution, et d’un autre cote, il recherchedes strategies visant a prevenir les situations d’urgence.

Pour illustrer l’importance accordee par les Etats a la gestion et la prevention des risques naturels, nousdonnons ci-dessous un extrait des recommandations de la commission de l’environnement au parlement europeen,sur la gestion des risques naturels2 :

«...

1. Le Bureau de l’Assemblee parlementaire, lors de sa reunion a Vienne, le 10 janvier 2005, a decide de proposera l’Assemblee de tenir un debat d’urgence sur l’Europe et le desastre du tsunami, et a saisi la Commission del’environnement, de l’agriculture et des questions territoriales pour avis.

La Necessite de mettre l’accent sur la prevention et la preparation aux catastrophes natu-relles

2. Le tsunami qui a frappe l’Asie a provoque la mort d’environ 280 000 personnes, aussi la prevention des ca-tastrophes naturelles constitue-t-elle un element cle du developpement durable, a la fois en Europe et dansle monde. La gestion des ressources naturelles et l’amenagement du territoire peuvent avoir une incidenceconsiderable sur des evenements naturels, tels que le raz de maree qui a frappe l’ocean Indien le 26 decembre2004.

3. En ce sens, le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE) a preconise d’integrer la naturedans des systemes d’alerte rapide pour les catastrophes naturelles, puisque l’environnement peut contribuer aprevenir les catastrophes naturelles. Les Nations Unies ont en outre souligne que des methodes de preventionadequates peuvent considerablement reduire le nombre de morts causes par de telles catastrophes.

4. En Europe, le Parlement europeen a appele la communaute internationale, sous la conduite des Nations Unies,a mettre au point un plan d’action effectif et coordonne en cas de catastrophes. Le Parlement europeen a enoutre invite le Conseil de l’Union europeenne a appuyer la creation d’un pool d’unites specialisees de protec-tion civile qui seraient disponibles en cas de catastrophes naturelles, humanitaires ou environnementales, oude catastrophes associees a des risques industriels, dans l’Union europeenne ou dans le reste du monde.

1Le terme impact recouvre generalement l’ensemble des effets d’un phenomene (prejudices, desordres, dommages).2source http ://assembly.coe.int/Documents/WorkingDocs/Doc05/FDOC10438.htm

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1.2 Contexte

L’avenir : ameliorer la planification et la reponse face aux catastrophes

5. La Conference mondiale sur la prevention des risques lies aux catastrophes naturelles qui s’est tenue a Kobe,du 18 au 22 janvier 2005, a fixe au nombre de ses priorites la mise en place d’un systeme d’alerte rapide auxtsunamis dans l’ocean Indien, similaire a celui qui fonctionne dans le Pacifique, et qui pourrait etre opera-tionnel d’ici 12 a 18 mois. Des institutions des Nations Unies, sous l’egide de l’UNESCO, commenceront lestravaux, comme convenu a la Conference de Kobe.

6. Le Conseil des Ministres de l’Union europeenne s’est reunit le 31 janvier 2005 pour considerer les mesuresenvisagees par l’Union europeenne et ses Etats membres a moyen et long termes afin de formuler un pland’action operationnel de l’Union europeenne, notamment la mise en place d’un Corps europeen d’aide huma-nitaire. L’Union europeenne envisage d’etablir une unite de gestion des crises de l’Union europeenne et decoordonner la reponse de l’Union face a des catastrophes futures, suite au tsunami qui a frappe l’ocean Indien.

7. L’accord EUR-OPA Risques Majeurs du Conseil de l’Europe souligne la necessite de disposer de systemes deprevention et d’alerte rapide dans le contexte des risques naturels et industriels majeurs. L’accord EUR-OPARisques Majeurs vise a renforcer et a promouvoir la cooperation entre les Etats membres afin d’ameliorerla prevention, la protection et l’organisation des secours en cas de catastrophes naturelles ou technologiquesmajeures. L’accord «EUR-OPA» est une plateforme de cooperation entre l’Europe orientale, le sud de laMediterranee et l’Europe occidentale dans le domaine des catastrophes naturelles et technologiques majeures.Dans le contexte du recent tsunami en Asie, l’Accord EUR-OPA a mis a la disposition des Nations Unies sesscientifiques et experts en formation de son reseau de centres euro-mediterraneens specialises qui regroupe 25institutions.»

En 1990, le lancement de la Decennie Internationale de la Prevention des Catastrophes Naturelles (DIPCN)sous l’egide des Nations Unies, a eu comme objectif de «faire en sorte que toutes les societes soient capablesde resister aux catastrophes naturelles et aux catastrophes industrielles et environnementales connexes, de facona reduire les pertes environnementales, humaines et sociales liees a ces catastrophes»3. Durant cette decennie, denombreux programmes de recherches ont ete mis en place dans le monde, conduisant notamment a une sensibilisationsans precedent des autorites locales aux problemes des risques naturels.

Cette prise de conscience s’est donc rapidement elargie aux differents acteurs de la gestion des risquesnaturels. Les responsables se sont rendu compte de l’importance de disposer des informations necessaires (commela connaissance des phenomenes, leurs manifestations, leurs comportements, et les elements exposes), a la fois pourmieux se preparer face aux catastrophes, mais aussi pour mieux assister les populations concernees. Les systemesd’information se presentent donc comme un moyen efficace pour organiser ce type d’information (figure 1.1). Onnote par exemple le besoin d’avoir des systemes pour connaıtre, evaluer, et reduire la vulnerabilite4 des enjeux5

(comme la population, les batiments, les entreprises) face a un danger, des systemes pour l’organisation des secours,des operations de rehabilitations, et pour l’evaluation des pertes.

Cependant, l’utilisation des systemes d’information dans la gestion des risques a souvent ete accompagneepar l’apparition de nouvelles problematiques. Pour repondre aux couts souvent prohibitifs de l’information, lareutilisation des donnees existantes est souvent presentee comme le seul moyen pour remedier aux besoins de la

3Extrait du programme officiel de la DIPCN. http ://www.unisdr.org.4La vulnerabilite au sens plus large, exprime le niveau de consequences previsibles d’un phenomenes naturel sur les enjeux.5Les enjeux ou les elements exposes, representent les personnes, les biens, les activites, les moyens, le patrimoine, etc. susceptibles

d’etre affectes par un phenomene naturel.

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1.3 Problematique

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Fig. 1.1 – La relation entre les decideurs, le territoire, et le systeme d’information pour l’aide a la decision, d’apresLaurini 2001 [81]

gestion. Cette reutilisation pose souvent des obstacles, qu’il est interessant de traiter, comme l’heterogeneite desdonnees, la diversite des terminologies utilisees dans les ressources, etc.

Ce travail de these s’inscrit dans le cadre d’une convention CIFRE6 entre le laboratoire LIRIS et l’entrepriseGIPEA7 basee a Caluire (Lyon). L’activite de cette derniere porte principalement sur le developpement de systemesd’information dedies entre autres, a la prevention des risques naturels, a la gestion des situations de crises, et a lagestion des connaissances environnementales.

1.3 Problematique

L’introduction des systemes d’information dans le domaine des risques etant assez recente, de nombreuxaspects restent encore a explorer. L’utilisation des resultats de recherches dans la prevision8, et la perceptiondes risques dans les systemes d’information est toujours une question d’actualite. Cependant, la simulation parl’informatique de ces concepts reste souvent peu appropriee, et les techniques de visualisation utilisees sont aussipeu adaptees aux besoins de gestion des risques.

En general, le developpement d’un systeme d’information pour la gestion des risques naturels a l’echelle d’unterritoire donne (la commune, la region, ou autres), se resume a repondre aux preoccupations suivantes :

– connaıtre les risques qui menacent un territoire donne et les modeliser en fonction d’autres informationsgeographiques ou non.

– connaıtre les enjeux ou les elements exposes qui existent sur le territoire, ainsi que les caracteristiques duterritoire : comme la geologie, et les informations altimetriques.

– et finalement apprehender l’interaction entre les risques et les elements exposes, ceci revient a evaluer parexemple la vulnerabilite dans certains cas, ou a organiser les secours et a evaluer les pertes dans d’autres.

6Convention Industrielle de Formation pour la Recherche.7http ://www.gipea.fr.8La prevision est l’estimation de la date de survenance et des caracteristiques (intensite, localisation) d’un phenomene naturel.

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1.3 Problematique

La dimension spatiale etant au cœur de l’activite de gestion des risques, cette derniere fait souvent appela l’information dite geographique. La localisation des personnes et des activites, l’extension geographique desphenomenes et de leurs manifestations, la determination des plans d’urgence, etc ; tous ces elements impliquentune dimension spatiale necessaire a leur integration et a leur gestion dans les systemes d’information. La prise encompte de cette composante est donc necessaire dans tout systeme traitant de la gestion des risques naturels9.

La diversite des acteurs presents dans la procedure de gestion des risques ne pose pas un probleme unique-ment au niveau de la visualisation des resultats, mais aussi au niveau de la diversite des concepts et des termesutilises. Cette confusion entre les concepts utilises par differents groupes d’utilisateurs presente un premier niveaud’heterogeneite, et la construction d’un vocabulaire unifie peut s’averer importante.

Un autre probleme tout aussi important dans la gestion des risques est celui de la diversite des sources,principalement celles decrivant les elements exposes. Une premiere tentative pour obtenir l’integration des donneessur les elements exposes (generalement geographiques) est assuree par la traduction directe d’un format de fichiervecteur ou standard vers un autre. Cependant, ces traductions de formats peuvent mener a une perte d’information.Les alternatives qui evitent ce probleme sont generalement tres complexes, comme les standards d’echange dedonnees «Spatial Data Transfert Standard» (SDTS) et «Spatial Archive and Interchange Format» (SAIF). Unediscussion sur les formats d’echanges de l’information geographique peut etre trouvee dans [66]. Une des strategiesimportantes pour l’integration est la conversion des differents formats de donnees dans une structure de donneescommune. Une telle structure de donnees basee sur les standards SIG existants a ete proposee dernierement par leConsortium OpenGIS.

Parmi les nombreuses strategies d’integration de donnees, deux s’averent importantes : l’integration fondeesur les mediateurs10[27] et l’integration fondee sur la materialisation (entrepots de donnees) [78]. Dans la gestiondes risques naturels, plusieurs facteurs interviennent dans le choix de l’approche d’integration appropriee : ladisponibilite des sources, le temps d’execution, la capacite de stockage, etc. Cependant, l’activite de la gestiondes risques, notamment en periode de crises, necessite une reponse rapide du systeme aux interrogations que seposent les gestionnaires, et l’absence de toute source peut conduire a des effets indesirables. Dans ces circonstances,l’approche fondee sur la mediation n’est pas une solution convenable pour repondre aux besoins de gestion, etantdonne que le temps de reponse peut etre relativement long, et les sources d’information peuvent etre indisponiblesau moment du traitement de la requete.

Acquisition des données

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Stockage Intégration

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Accès Traitements

Visualisations ��

I II III

Système d’information

Fig. 1.2 – Les etapes de construction d’un systeme d’information pour les risques naturels

9Le traitement de la composante spatiale se situe au niveau de la modelisation et de la representation, de l’indexation, des cal-culs geometriques (souvent necessaires pour determiner par exemple la vitesse d’une avalanche, ou l’extension d’une inondation), etl’interrogation.

10Qui permet une integration de l’information a la demande [130].

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1.4 Contributions

La figure 1.2 resume les differentes etapes necessaires a la construction d’un systeme d’information pour lagestion de risques naturels :

1. L’acquisition des donnees : les donnees sont de natures tres variees, elles regroupent des donnees spatiales etnon spatiales, des documents historiques, des documents multimedia, et des donnees en temps reel necessairespour la surveillance des phenomenes.

2. Le stockage et l’integration de ces donnees dans le systeme : la diversite des formats et des structures dedonnees reste un probleme important qu’il faut considerer durant la phase d’integration. Ce probleme estparticulierement traite dans cette these dans le chapitre 5.

3. Et finalement, l’acces et le traitement de ces donnees : l’acces aux donnees et leur visualisation necessitentune prise en compte des differents acteurs qui sont concernes par la procedure de gestion des risques naturels.Nous presentons des pistes pour cette problematique dans le chapitre 4, ou seront decrites les applications audeveloppement desquelles j’ai participe au sein de l’entreprise GIPEA.

1.4 Contributions

Notre reflexion dans le cadre de cette these concerne :– le developpement de quelque systemes explorant des aspects nouveaux comme la modelisation des risques,

la modelisation de la vulnerabilite, la structuration des donnees sur le territoire, et l’organisation desdonnees et informations relatives aux sous sols.

– la proposition d’une ontologie du domaine des risques naturels, necessaire pour la structuration des termesrelatifs a leur gestion.

– la proposition d’une methodologie basee sur le standard OpenGIS pour l’integration des donnees sur leselements exposes. L’approche propose un certain nombre d’etapes utiles pour la preparation des donneessur les elements exposes en vue de leur integration dans un systeme d’information.

– la proposition d’une architecture integree d’un systeme d’information, utilisant les deux elements prece-dents.

Nous presentons dans une premiere partie quelques nouveaux exemples de systemes operationnels, developpesau sein de la societe GIPEA dans le cadre de la convention CIFRE dont j’ai beneficie. Ces systemes ont ete developpesdans le but :

– de transformer les donnees stockees ou informations et connaissances utiles pour la procedure de gestiondes risques naturels (figure 1.3).

– de supporter certains aspects de la gestion des risques, comme l’evacuation des personnes en danger dansle cas des avalanches (le systeme EMMA),

– d’organiser les informations et les documents relatifs a la gestion des risques (le systeme SysPPR),– de structurer et d’organiser les informations du sous-sol, ensuite leurs traitements et leurs interrogations

(le systeme GeoInfo).Deux problemes retiennent notre attention en analysant ces systemes : la gestion du corpus documentaire

largement disponible chez les gestionnaires des risques, et le probleme d’integration de donnees.Dans le premier cas, une ontologie a ete proposee pour resoudre la confusion semantique entre les differents

concepts utilises par les experts du domaine. Nous avons montre l’interet d’utiliser une ontologie specifiee dansun langage formel. Ce dernier etant capable de fournir une plate-forme efficace pour organiser les concepts dudomaine, annoter les documents, et capitaliser les connaissances acquises. L’utilisation des ontologies dans lessystemes d’information est discutee dans [54] et specialement dans la construction des SIG [35] [82], et la creationdes composants SIG a partir des ontologies [45].

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1.5 Organisation du memoire

Données Discrètes, des faits objectifs sur un événement

Informations Un message ayant pour but de changer la perception du receveur

Connaissances Expériences, valeurs, contextes appliqué à un message

Quantitative - coût, - vitesse, - capacité Qualitative - pertinence, - clarté, - opportunité

Quantitative - connectivité, - transactions, Qualitative - utilité, - plus

d’informations,

Quantitative - contextuel, - évaluative, Qualitative - intuitive, - informative,

Ajouter de la valeur aux données - contextualiser - catégoriser, - calculer, - corriger, - condenser.

Ajouter de la valeur aux informations - Comparaison, - conséquence, - connections, - conversations,

Fig. 1.3 – La progression entre le triplet donnees-informations-connaissances, d’apres Sena et Shani 1999 [108]

Le modele OpenGIS a ete adopte comme modele commun pour resoudre le probleme d’heterogeneite entre lesdonnees. Une methode d’integration, s’appuyant sur l’usage d’un ensemble de regles, a ete proposee pour assister lesadministrateurs dans leur travail d’integration des donnees. Elle tient compte de la specificite des donnees impliqueesdans la gestion des risques naturels. OpenGIS a ete choisi comme modele d’integration grace a son ouverture. Deplus, il a ete reconnu par la plupart des industriels, editeurs de logiciels, et organisations comme un standard dedonnees largement utilise.

Nous proposons, enfin, l’architecture d’un systeme global d’aide a la decision pour la gestion des risques.Deux aspects sont discutes dans le systeme : fonctionnel et logiciel.


Ce manuscrit est organise comme suit :Le chapitre 2 est consacre a un etat de l’art sur les systemes d’information geographiques, et leur utilisation

dans la gestion des risques naturels. Nous discutons du probleme de l’heterogeneite des donnees dans la gestion desrisques. Ensuite, des exemples de la litterature sur l’utilisation des systemes d’information dans les risques naturelssont presentes.

Le chapitre 3 presente quelques exemples de systemes (EMMA, SysPPR, et GeoINFO) operationnels pourla gestion des risques naturels. Ces systemes ont ete developpe dans le cadre de la convention CIFRE au sein del’entreprise GIPEA.

Le developpement de ces systemes a souleve l’importance de resoudre un certain nombre de problemesrecurrents : la confusion semantique emanant des termes utilises par les acteurs impliques dans la gestion de risquesnaturels, l’heterogeneite des donnees, et la multiplicite des sources decrivant les elements du territoire.

Le chapitre 4 tente d’apporter un debut de solution a ces problemes en proposant une architecture d’unsysteme d’information integre pour la gestion des risques naturels. Le probleme d’integration des donnees a ete

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aborde en proposant une methodologie d’integration basee sur le modele OpenGIS. Une ontologie pour les risquesnaturels y est egalement presentee.

Le chapitre 5 conclue et presente les problematiques qui restent a explorer pour la conception de systemesd’information pour la gestion des risques.

L’annexe 1 contient un exemple de description d’ontologie en s’appuyant sur la syntaxe du langage OWL.

Dans la suite de cette these, nous definissons le terme «gestion des risques naturels» comme etant l’ensembledes dispositions visant a reduire les impacts d’un phenomene naturel : la connaissance des aleas11, la reglementationde l’occupation des sols, les mesures actives et passives de protection, l’information preventive, les previsions, lesalertes, les plans de secours, etc.

11Un alea est un phenomene naturel d’occurrence et d’intensite donnees.

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Chapitre 2

Etat de l’art sur les systemesd’information geographiques et lesrisques naturels

Sommaire2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 L’approche PPRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 Les Systemes d’Information et les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.4 L’integration des donnees dans les systemes d’information . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.5 L’application des SIG dans la gestion des risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.6 L’incertitude et les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.7 Les SIG et l’evaluation de la vulnerabilite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.8 Les initiatives a l’echelle nationale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.1 Introduction

Les systemes d’information geographiques (SIG)1 ont apporte une contribution particuliere dans l’evolutiondes recherches sur les risques naturels. Coppock [29] a montre que les SIG ont un role important a jouer, parce queles risques naturels sont des phenomenes multidimensionnels, presentant un composante spatiale, et dont la gestionreleve de plusieurs disciplines (urbanisme, geologie, etc).

La plupart des developpements qui ont integre les SIG dans les risques naturels ont eu lieu cette dernieredecennie. Les SIG y ont joue un role precurseur, mais relativement primitif, conduisant rarement a un produitcommercial, car souvent utilises a a des fins experimentales dans la recherche. Cette section revoit l’utilisation desSIG dans dans le domaine de la gestion de risques naturels, en mettant l’accent sur les quatre phases de cettegestion : La prevention, La preparation, la reponse, et le retablissement.

1Voir Section 2.3 pour une discussion sur les SIG.

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2.2 L’approche PPRR

Dans sa revue de literature sur les risques naturels et les SIG, Coppock [29] note que toute tentative derevoir les contributions des SIG se heurte a de nombreux problemes : puisque la gestion des risques est de naturepluridisciplinaire, les SIG sont rarement mentionnes dans le titre des recherches publiees. Les publications ont sou-vent la forme de documents officiels et de rapports, difficilement accessibles, et rarement cataloguees. Les referencesaux SIG et a la recherche sur les risques naturels apparaissent dans des publications industrielles (sans comite delecture) tels que «GIS World», «GeoINFO Systems», et «GIS User». Ces publications sont principalement desoutils de marketing plutot que des forums scientifiques pour discuter des avancees dans le domaine. Les articlesqu’on y trouve sont brefs, et souvent sans references.

La gestion des risques naturels a ete souvent considere pendant longtemps comme une application secondairedans les publications[49]. Ce n’est que recemment, que les specialistes des SIG ont commence a s’interesser a desdisciplines specifiques (pour les risques naturels voir [21]), lui conferant ainsi un role de premier plan.

La plupart des exemples de SIG sur les risques naturels ont mis l’accent sur les specifications techniques,les themes de donnees spatiales, les techniques d’acquisition de donnees, la modelisation des risques, et leursdistributions spatiales, la presentation cartographique des resultats, et d’autres considerations spatiales (voir entreautres [85], [39], [91]). La literature qui s’adresse aux dimensions institutionnelles, politiques, managerielles etsociales, est relativement rare.

Cette section inclue des etudes de cas, qui ne sont pas strictement reliees aux risques naturels, comme cellesreliees aux risques technologiques (nucleaires par exemple).

2.1.1 Plan du chapitre

Ce chapitre presente a la fois des experiences sur l’utilisation des systemes d’information dans le domainedes risques naturels, et expose les problemes de conception de tels systemes notamment ceux lies a l’heterogeneitedes donnees et des ressources.

La section 2.2 commence par presenter le modele traditionnel de gestion de risques constitue generalementdes etapes de la Prevention, de la Preparation, de la Reponse, et de la Rehabilitation (note PPRR).

La section 2.3 propose une discussion sur le terme SIG. Elle presente l’evolution du SIG, ses differentesphases, et examine comment il a ete integre dans la recherche sur les risques naturels. Un apercu sur les contraintesliees au developpement de systeme d’information pour la gestion des risques naturels est egalement presente danscette partie. Parmi ces contraintes, il y a l’heterogeneite des donnees. La section 2.4 presente certains aspects decette heterogeneite, et decrit ensuite quelques approches d’integration des donnees heterogenes, en evoquant aussile cas des donnees geographiques.

La section 2.5 presente un ensemble d’experiences relatives aux risques naturels. Elle montre des exemplesd’utilisation de systemes d’information dans les risques naturels.

La section 2.6 presente des exemples qui traitent du probleme d’incertitude dans les risques naturels et lesSIG. Des applications relevant de l’evaluation de la vulnerabilite sont discutees dans la section 2.7, en se limitantuniquement a la vulnerabilite du bati.

Les projets de gestion des risques naturels qui utilisent les techniques SIG a une echelle nationale sontrelativement rares. La section 2.8 examine certaines de ces initiatives nationales.


Le modele commun de traitement de risque est l’approche (PPRR)[113]. Il est constitue des quatre phasessuivantes : la prevention, la preparation, la reponse, et la rehabilitation (voir figures 2.1 et 2.2). Ces phases sontaussi reliees entre elles, et chacune implique different types de competences.

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Réhabilitation

Préparation

Catastrophe

Réponse Mitigation

Fig. 2.1 – Les phases du cycle de gestion des risques naturels

2.2.1 La mitigation

Cette phase concerne les activites qui eliminent ou reduisent reellement la probabilite d’un desastre (parexemple, construire des digues pour stopper les debordements de rivieres, une legislation qui exige le respect decertaines regles de construction dans les zones sismiques). Elle inclut aussi les activites a long terme qui sont destineesa reduire les effets des desastres inevitables (par exemple, la gestion de l’occupation des sols, l’etablissement desprogrammes complets de gestion des secours tels que l’elimination de la vegetation dans des zones a fort risqued’incendie, ou des restrictions sur les constructions dans les zones potentielles d’inondations).

2.2.2 La preparation

Cette partie concerne les activites qui completent ce que les mesures de mitigation n’ont pas reussi a prevenirou ne peuvent pas prevenir. Dans la phase de preparation, les elus, les organisations, et les individus developpent desplans pour sauver des vies et minimiser les dommages (par exemple, l’organisation des inventaires de la commune,la realisation des exercices d’entraınements, l’installation des systemes d’alarmes, et la preparation a l’avance desforces de secours). Les mesures de preparation cherchent aussi a ameliorer les operations de secours (par exemple,en stockant les fournitures alimentaires, et les medicaments)

2.2.3 La reponse

Cette phase concerne les activites post-catastrophe. Ces activites cherchent a fournir aux victimes des secoursd’urgence (par exemple, les recherches et les sauvetages, les lieux d’hebergement, les soins medicaux, l’alimentation).Elles cherchent aussi a stabiliser la situation et a reduire la probabilite des dommages secondaires (par exemple,coupure des conduites d’eaux contaminees) et d’accelerer les operations de retablissement (par exemple, l’evaluationdes dommages).

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2.2.4 La rehabilitation

Il s’agit des activites necessaires au retour a la normale du systeme. Cette phase inclut deux categoriesd’activites : (1) des activites de retablissement a court terme qui permettent de retablir les fonctions vitales dusysteme (par exemple, l’assainissement, l’hebergement provisoire, et l’acces a l’alimentation et a l’eau) et (2) desactivites de retablissement a long terme qui peuvent durer plusieurs annees apres le desastre. L’objectif de cettephase est d’ameliorer la vie des sinistres apres la catastrophe (par exemple, faciliter les prets pour le developpement,l’assistance legal, et l’amenagement du territoire).

Fig. 2.2 – Description des phases du cycle de gestion des risques naturels

2.2.5 Donnees / Phases du PPRR

Les activites de gestion des risques naturels reposent sur trois objectifs principaux : la protection de la vie,de la propriete, et de l’environnement.

La realisation de toutes ces etapes depend de l’utilisation d’un ensemble de sources de donnees dans unsysteme d’information approprie. Les donnees utiles doivent etre collectees, organisees et affichees convenablementau sein d’un systeme pour determiner la taille et l’importance des programmes de gestion des risques. La plupartdes donnees qui contribuent a la gestion des risques naturels sont de nature spatiale et peuvent etre localisees surune carte.

Cette section essaye d’identifier la particularite des donnees necessaires pour chacune des phases du PPRR.

- 20 -


2.2.5.1 La mitigation

Une fois les situations de risques potentiels identifiees, les besoins de mitigation doivent etre determines.Dans le cas d’un tremblement de terre par exemple, les donnees a utiliser doivent repondre aux preoccupationssuivantes :

– quels sont les developpements qui sont dans la zone d’impact principale des failles ?– en se basant sur les magnitudes d’un tremblement de terre, les caracteristiques du sol, et autres donnees

geologiques, quels sont les dommages qui peuvent etre provoques ?– quelles sont les installations qui necessitent une delocalisation ou une construction renforcee ?– quelles sont les installations qui sont dans des zones a fort potentiel de risque (ponts cles, routes principales,

hopitaux, les zones de stockage de materiaux dangereux, etc.) ?Les efforts de mitigation peuvent inclure des legislations qui limiteraient la construction dans des zones

d’inondations ou de tremblements de terre. L’utilisation de sources de donnees appropriees permet de repondre auxquestions suivantes :

– ou se trouvent les zones de risques d’incendies ?– quelles sont les combinaisons des caracteristiques (par exemple, la topographie, la vegetation, le climat)

qui contribuent au declenchement du risque d’incendie ?Dans cette etape, l’utilisation des donnees appropriees permet d’identifier des categories de pentes critiques

qui favorisent les incendies d’especes de vegetation inflammables proches des habitations. Il est egalement pos-sible d’identifier le parcours probable des inondations en se basant sur les caracteristiques topographiques, ou lapropagation des matieres dangereuses en se basant sur les courants et les vents.

2.2.5.2 La preparation

La preparation inclut les activites qui preparent les secours effectifs. Les donnees utiles a cette etape doiventrepondre aux questions telles que :

– ou doivent etre localisees les stations de feux si un temps de 5 minutes pour la reponse est prevu ?– combien d’unites paramedicales sont necessaires ?– quelles sont les routes d’evacuations qui doivent etre selectionnees si un nuage toxique est accidentellement

libere a partir d’une usine, en se basant sur different modeles de vents ?– comment la population doit etre informee ?– est-ce que les reseaux routiers pourront supporter le trafic ?– quelles sont les installations qui devront servir de lieux de refuge ?– quels sont les volumes de fournitures necessaires, la surface, etc. qui doivent etre necessaires pour chaque

abri en se basant sur le nombre de personnes evacuees ?Dans l’etape de la preparation, les donnees peuvent etre affichees en temps reel pour la supervision des

systemes d’alarmes. Les stations climatiques lointaines peuvent fournir des indices recents du climat en se basantsur les zones environnantes. La direction du vent, la temperature, et l’humidite relative peuvent etre affichees.

L’information sur le vent est vitale dans la prediction du mouvement des nuages chimiques ou pour anticiperla direction du mouvement des incendies. Les mouvements de la terre (tremblement de terre par exemple), le niveaudes reservoirs dans les barrages, le monitoring des radiations, etc, toutes ces informations peuvent etre observees etvisualisees dans un systeme approprie. Il est meme interessant de delivrer ce type d’information avec des couchesgeographiques sur internet.

- 21 -

2.3 Les Systemes d’Information et les risques naturels

2.2.5.3 La reponse

Les unites de secours peuvent etre selectionnees et activees pour des reponses urgentes. Les unites les plusproches (les plus rapides) peuvent etre selectionnees, activees, et dispatchees. Selon la nature du secours, le systemepeut donner des informations detaillees avant que les unites n’arrivent. Pour la fuite des produits toxiques, ladirection et la vitesse du vent peuvent etre modelisees pour determiner les zones d’evacuations. L’utilisation desGPS2 peut faciliter (en temps reel) la localisation des unites de secours.

2.2.5.4 La rehabilitation

Les efforts de rehabilitation commencent quand les secours se terminent. Ces efforts concernent la restaurationdes services vitaux.


2.3.1 Les Systemes d’Information Geographiques

Les difficultes associees a la definition du terme SIG sont discutees dans [86]. La plus restrictive des definitionsspecifie qu’un SIG doit avoir une structure de donnees spatiale avec une topologie et des couches geographiques re-liees avec un systeme de gestion des bases de donnees relationnelles. Cette definition devrait s’appliquer uniquementaux systemes commerciaux de haut niveaux comme MGE, ARC/INFO et Genasys. Elle exclut d’autres systemescommerciaux populaires comme MapInfo, Latitude, ArcView, et la plupart des logiciels bases-raster comme MPA,EPPL7 et Idrisi.

La conception d’un Systeme d’Information Geographique est un processus complexe, qui demande une re-flexion poussee et la resolution de nombreux problemes : de l’etude preliminaire au mode de stockage des donnees,une suite d’etapes peut etre identifiee, de la plus abstraite a la plus technique (figure 2.3).

Le choix des donnees a acquerir est tres important, ainsi que la maniere de les representer : le monde reelest tres complexe et la mesure des phenomenes presente des difficultes variables selon leur nature et l’echelle deperception. Le contenu d’une base de donnees a reference spatiale offre une vue partielle du monde (representationparticuliere), et l’utilisateur du SIG voit le monde a travers la base de donnees. Il est donc important que lesinformations contenues dans la base de donnees representent le monde de maniere aussi exhaustive et coherenteque possible, au regard des objectifs vises.

La reflexion sur la modelisation des donnees spatiales proprement dites est l’une des etapes incontournablesde la constitution d’un systeme d’information (meme si elle est parfois dictee par les choix techniques imposes,comme les logiciels ou SGBD particuliers) ; la modelisation spatiale definit de quelle maniere seront stockees etstructurees les primitives geometriques que l’on souhaite manipuler dans le systeme.

Les SIG se distinguent des autres systemes d’information par plusieurs aspects, au niveau des donnees commeau niveau du systeme lui meme. Du point de vue des donnees, on peut ainsi relever les points suivants :

– une quantite importante de donnees (jusqu’a des Terra-octets dans le cas de gros systemes contenant desdonnees raster), qui necessite des systemes de gestion robustes,

– la coexistence de nombreux formats ou modeles geographiques (dans des systemes distincts, mais la coha-bitation de modeles differents intervient de plus en plus au sein d’un meme systeme, notamment dans lecas de federation de bases de donnees),

– la complexite des structures de donnees geographiques (par opposition aux types de donnees classiques desSGBD),

2Global Position System

- 22 -


Couches d’applications

Sous système pour l’acquisition des

données géographiques

Sous système pour l’analyse spatiale

Sous système pour la présentation

cartographique Sous système pour la gestion des bases de

données géographiques

Base de données

géographique

Mise à jour Partage

Fig. 2.3 – La structure d’un systeme d’information geographique, d’apres Laurini 2001 [81]

– la tendance de plus en plus importante a la reutilisabilite (echange de fichiers, interoperabilite),– les interactions entre les entites geographiques (relations spatiales, que de simples jointures ne peuvent

representer).La complexite du monde reel oblige a le simplifier pour pouvoir le manipuler dans un processus d’abstrac-

tion (figure 2.4). Une information geographique est une entite (naturelle ou artificielle, comme les infrastructures)distribuee sur le territoire ; elle est definie par :

– une description geometrique (point, ligne, surface, grille, etc.)– une description attributaire (qualitative ou quantitative)– un ensemble de relations, spatiales ou non (appartenance, inclusion, voisinage, jointure...).L’attribut de localisation des donnees geographiques peut etre exprime de maniere directe (par des coordon-

nees) ou par des references indirectes (adresse postale, abscisses curvilignes le long d’un cheminement).

2.3.2 Les contraintes liees au developpement de systeme d’information pour la ges-tion des risques naturels

Developper un systeme d’information sur les risques naturels necessite la prise en compte de nombreuxparametres comme les donnees, les acteurs, leurs besoins, ainsi que les eventuels systemes preexistants (figure 2.5).Recenser l’ensemble des elements determinants pour le systeme et identifier clairement le role joue par chacund’entre eux est un pre-requis. Ensuite, il faut considerer la multiplicite et l’heterogeneite des donnees et des acteurs,qui constituent une des principales difficultes dans le developpement d’un tel systeme.

La masse d’informations a prendre en compte dans les risques naturels est considerable. Elle tient d’une parta la diversite des donnees telles que les cartes (eg. cartes d’aleas, cartes CLPA3, POS, PLU, etc.), les reglements

3Carte de Localisation Probable d’Avalanches

- 23 -


Table ParcelleParcelle# Adresse Block $ Valeur

8 501 N Hi 1 105 4509 590 N Hi 2 89 78036 1001 W. Main 4 101 50075 1175 W. 1st 12 98 000

Attribut Clé

Entité

(a) La representation tabulaire d’une parcelle

��

��

��

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 R T1 R T2 H R3 R4 R R5 R6 R T T H7 R T T8 R9 R

Représentation Raster Représentation Vecteur

Le monde réel

(b) La representation Vecteur/Raster du monde reel

Fig. 2.4 – Differentes representations des donnees spatiales

(eg. les plans de prevention des risques), les donnees sur des evenements, les fonds documentaires, etc. Et d’autrepart, a la necessite de conserver l’historique des donnees, necessaire pour comprendre les phenomenes actuels. Cesconsiderations contribuent a accroıtre le volume de donnees. Le processus de prise de decision est influence par laconnaissance de tout un contexte historique auquel il est necessaire d’acceder.

Les aspects lies a la provenance des donnees illustrent egalement la difficulte de la tache de la conception.Toutes les donnees ne sont pas issues d’un seul et meme service. Un inventaire exhaustif doit etre etabli et neces-site l’implication de nombreux organismes detenteurs d’informations. Apparaissent alors les problemes de format,d’actualisation, de diffusion, de confidentialite, et de propriete de ces donnees.

L’heterogeneite des structures de donnees complique davantage la conception d’un systeme d’information. Ilexiste des donnees fortement structurees dans des bases de donnees existantes (BD Carto de l’IGN), mais egalementde nombreuses autres informations non structurees (photos, temoignages d’habitants, croquis, etc). Par ailleurs,d’autres donnees sont stockees depuis des annees, sous une forme difficilement exploitable en l’etat. Un retraitementde ces donnees s’avere alors necessaire pour une meilleure exploitation du contenu. La section suivante presente lesaspects de cette heterogeneite, et quelques approches utilisees pour les resoudre.

2.3.3 L’heterogeneite des donnees impliquees dans la gestion des risques naturels

Le probleme de l’heterogeneite des ressources represente donc un obstacle majeur pour la conception d’unsysteme d’information pour les risques naturels. Avec l’emergence de nouvelles technologies d’acquisition et destockage des donnees, certaines de ces donnees ont ete numerisees et stockees dans des systemes d’informationgeographiques.

Cependant, leur reutilisation dans des nouvelles applications reste tres souvent une tache difficile, a cause

- 24 -


Photos Croquis BD

historiques

Pages web

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��

Diversité des acteurs Hétérogénéité des données Systèmes d’information existants

- maires, - citoyens, - urbanistes, - géologues, - scientifiques, - etc.

- diversités des données - diversités des formats, - sémantiques différentes, - données structurées, semi-strcturées, et non structurées, - des archives des phénomènes naturels, - des cartes à numériser - des données vecteur et raster

- diversité des systèmes opérationnels qui gère les données sur le territoire.

- faire communiquer les systèmes existants,

- extraire les données et les réutiliser,

Un système d’information pour la gestion

des risques naturels

Contraintes de developpement

Fig. 2.5 – Quelques contraintes reliees au developpement de systeme d’information sur la gestion des risquesnaturels

d’une semantique peu claire des donnees, de la faible documentation, de la diversite des ensembles de donnees(quelle information est stockee, comment est-elle representee et structuree, quelle est sa qualite, a quelle date ellese refere, quelle echelle est utilisee... ), de l’heterogeneite des systemes existants en terme de concepts utilises dansla modelisation des donnees, des techniques d’encodage des donnees, des structures de stockage, des fonctionalitesd’acces, etc [35].

Dans [12], Bishr decompose l’heterogeneite qui existe entre les bases de donnees en quatre niveaux : l’hete-rogeneite des systemes, l’heterogeneite syntaxique, l’heterogeneite structurelle et l’heterogeneite semantique.

2.3.3.1 Heterogeneite des systemes

Puisque les bases de donnees resident souvent dans des systemes differents, les premiers efforts realises pouretablir l’interoperabilite entre les bases de donnees fut d’etablir l’interconnexion des systemes. Les travaux quiont mene aux reseaux de communication entre les systemes et aux protocoles de communication (ex. Ethernet,TCP/IP, RPC, FTP, HTTP, etc.), permettent aujourd’hui de connecter des systemes fonctionnant a partir desystemes d’exploitation differents (ex. Windows, Unix, VMS, OS/400, Mac OS, Linux, etc.). Les protocoles decommunication definissent l’ensemble des regles qui permettent aux differents systemes de communiquer entre euxet de partager tant des fichiers de donnees que des ressources.

- 25 -


De plus, l’interconnexion entre des systemes de gestion de bases de donnees (SGBD) permet maintenant departager non seulement des fichiers de donnees entre les systemes mais aussi des donnees entre les bases de don-nees. Plusieurs applications accedent maintenant a des donnees emmagasinees dans divers SGBD sur des systemesdifferents. Ces applications utilisent le langage SQL (Structured Query Language) et des outils comme l’ODBC(Open Database Connectivity) ou le JDBC (Java Database Connectivity) pour se connecter et communiquer avecles SGBD.

Avec l’emergence de solutions sur l’interconnexion des systemes heterogenes durant les annees 1990, les effortsconsentis pour realiser l’interoperabilite, sont, depuis, portes sur les problemes d’heterogeneite des donnees.

2.3.3.2 Heterogeneite syntaxique

L’etude de l’heterogeneite syntaxique concerne specifiquement la representation physique des donnees [98].Dans les donnees geographiques, nous observons l’heterogeneite syntaxique lorsque des systemes en interaction n’ontaucun format commun d’echange de donnees geographiques (ArcExport, MID/MIF, DXF, Shape, etc.) (figure 2.6(a)et 2.6(b)).

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(a) Sans un standard d’echange commun

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(b) Avec un standard d’echange commun

Fig. 2.6 – Interoperabilite en SIG

L’approche de l’OGC4 et de l’ISO/TC 211 pour remedier a l’heterogeneite syntaxique entre les SIG est denormaliser une syntaxe pour permettre la communication des donnees geographiques [88]. Ces organisations tra-vaillent activement a la definition du langage GML (Geography Markup Language) [97]. L’heterogeneite syntaxiquese remarque aussi dans les differentes formes utilisees pour representer l’information geographique [12]. Fondamen-talement, on retrouve deux formes de representation de l’information geographique : la forme matricielle et la formevectorielle. La forme matricielle consiste en une mosaıque reguliere de cellules (appelees aussi pixels) auxquellesdifferentes valeurs sont attribuees pour representer un theme (ex. l’essence des arbres du couvert forestier, le relief,les precipitations, etc.). La forme vectorielle utilise des representations geometriques comme le point, la ligne, lasurface et le volume pour la description geometrique des donnees.

2.3.3.3 Heterogeneite structurelle

L’heterogeneite structurelle se preoccupe des differences dans la modelisation des donnees. Par exemple, leconcept rue peut etre modelise comme une valeur de l’attribut classification de la classe d’objets route. Il peut aussi

4OpenGIS Consortium

- 26 -

2.4 L’integration des donnees dans les systemes d’information

Route.

Rue Route SecondaireRoute Principale...

Classification: Inconnu, Autoroute, Principale, Secondaire, Rue, ...

RouteClassification

Fig. 2.7 – Differentes structures du concept rue

etre represente comme une sous-classe de la classe d’objets route (Figure 2.7). Bishr [12], Sheth et Kashyap [109]classifient la nature des conflits propres a l’heterogeneite structurelle de maniere similaire.

2.3.3.4 Heterogeneite semantique

L’heterogeneite semantique correspond a la difference de signification entre les concepts. La signification d’unconcept s’etablit par le lien fait entre le signifiant et le referent [12]. La difference entre les modeles cognitifs de deuxindividus qui, par exemple, associent des signaux identiques a des phenomenes differents et des signaux differentsaux memes phenomenes, illustre bien l’heterogeneite semantique. Puisque les modeles cognitifs se developpent parl’observation de phenomenes dans un contexte particulier, le contexte joue donc un role important dans l’hetero-geneite semantique des concepts. Il devient necessaire de considerer le contexte dans lequel les phenomenes sontobserves pour resoudre l’heterogeneite semantique entre les concepts. Les ontologies sont reconnues pour maintenirla signification accordee aux concepts d’une base de donnees. Dans les bases de donnees geographiques, les ontolo-gies decrivent un ensemble de concepts avec leurs definitions, leurs proprietes, leurs geometries et leurs temporalitesselon le contexte d’abstraction. L’evaluation de la similitude semantique entre deux concepts de deux ontologiesvise a resoudre l’heterogeneite semantique entre les concepts. Bishr [12] affirme que l’heterogeneite semantique estla principale barriere au partage de donnees geographiques.

Le tableau 2.1 resume quelques conflits sur les donnees geographiques sous quatre volets : concept, propriete,geometrie et temporalite.


Actuellement, le developpement de nouveaux systemes d’information repose desormais sur la capacite dusysteme d’information a realiser l’integration des bases de donnees existantes.

De nombreuses methodes existent qui permettent a differentes sources heterogenes de communiquer [1] [6][82], comme les bases de donnees federees et l’integration de schemas [80], les approches oriente-objet [25], lesentrepots de donnees [125], et les mediateurs et les ontologies [130] [54] [45] [118].

Parmi les nombreuses strategies d’integration de donnees, deux principales strategies peuvent s’averer inte-ressantes : les systemes fondes sur les mediateurs[27] et les systemes de types entrepots de donnees [78].

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Niveau Conflits ExempleConcept Nomenclature : synonyme, homonyme rue vs artere

Granularite des concepts route vs rueCorrespondance 1..M et M..N entre concepts obstacle a la navigation aerienne vs

pont, tour, chemineeCorrespondance concept vs propriete verger vs vegetation :verger

Propriete Nombre 5 proprietes vs 2 proprietesNomenclature : synonyme, homonymeCorrespondance 1..M et M..N entre proprietes classification de la route vs accessibi-

lite de la route, nombre de voiesDomaine de valeurs (correspondance, granula-rite)

A, B, C, D, E vs 1-100

Nomenclature des valeurs d’attributs route au sol vs route surbaisseeUnite de mesure pied vs metreTypes de donnees date vs caractereValeur par defaut 0 vs ””

Geometrie Primitive geometrique ligne versus surfaceResolution spatiale 1m versus 100mSurface de reference NAD 27 versus NAD 83Systeme de coordonnees geographiques latitude :longitude versus UTM

Temporalite Primitive temporelle instant versus periodeResolution temporelle jour versus mois

Tab. 2.1 – Quelques exemples de conflits sur les donnees geographiques

Les systemes fondes sur les mediateurs sont construits a partir d’un nombre important de sources et servicesrelativement autonomes, communiquant avec un protocole standard, et permettant une integration de l’informationa la demande [130]. Ils supposent que toutes les donnees sont stockees localement dans des sources. L’architecturea trois niveaux des systemes fondes sur la mediation est construite a partir d’une couche application, et d’unnombre important de sources d’information (sources de donnees heterogenes avec des wrappers). Un wrapper estun programme specifique a chaque source de donnees [101] [105] [119], et qui extrait des informations a partir desfichiers sources, et realise la traduction dans le format de donnees sources. Le point le plus important est que lesysteme d’integration laisse les utilisateurs se concentrer sur leurs besoins plutot que sur la maniere d’obtenir lesreponses. Par consequent, il evite a l’utilisateur la combinaison des donnees des differentes sources, l’interactionavec les differentes sources, et la recherche des sources interessantes. Les inconvenients de cette approche sont lestemps de reponses relativement long, et l’information qui peut etre incomplete puisque les sources d’informationpeuvent etre indisponibles au moment du traitement de la requete.

Les entrepots de donnees introduisent par contre une strategie differente. Les donnees necessaires sont dejaintegrees avant l’interrogation et stockees dans une couche intermediaire. La requete de l’utilisateur n’a pas besoind’etre traduite et transmise aux sources pour etre executee. Ceci peut avoir des consequences positives sur letemps d’execution, si l’information demandee est frequemment sollicitee. L’approche entrepot de donnees [125]implique l’accumulation des donnees spatiales dans quelques magasins de donnees connectes, ou l’integration del’information est realisee en amant. Cependant, l’inconvenient majeur de l’approche entrepots de donnees residedans le fait que les donnees sont physiquement copiees de leurs sources originales. Ce qui necessite des capacites destockage supplementaires et des techniques de propagation de mises a jour appropriees.

Dans la gestion des risques naturels, plusieurs facteurs interviennent dans le choix de l’approche d’integration :

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la disponibilite des sources, le temps d’execution, la capacite de stockage, etc. L’activite de la gestion des risques,notamment en periode de gestion des crises, necessite une reponse rapide du systeme aux questions que se posentles gestionnaires, et l’absence de toute source dans cette periode n’est pas souhaitable.

L’approche par la mediation semble donc etre une solution delicate pour repondre aux besoins de la gestionde risques, etant donne que le temps de reponse peut etre relativement long, et les sources d’information peuventetre indisponibles au moment du traitement de la requete.

2.4.0.5 Integration de donnees geographiques

La gestion du risque est une activite qui fait souvent appel a des donnees heterogenes a forte composantespatiale (figure 2.8), d’ou le besoin de prendre en compte cet aspect dans la phase d’integration.

Donnée spatiale

Etat

Comportement

Position

Dimension (��)

Géométrie

(�� )

Relations métriques ��

Relations topologiques ��

Autres

relations

Fig. 2.8 – La description de l’information spatiale

En effet, les phenomenes du monde reel sont actuellement representes dans des bases de donnees geogra-phiques (BDG) sous differentes formes (suivant les modeles geographiques, suivant les points de vue utilisateuret/ou suivant les systemes). La reutilisation de telles BDG necessite des lors un processus d’integration pour elimi-ner les parties redondantes et regrouper les parties complementaires. Ce processus d’integration est necessaire etantdonne le cout d’acquisition des donnees geographiques (de cette maniere des saisies d’information sont evitees) etpermet de federer l’information provenant de differentes sources.

Generalement, chacune des sources geographiques possede sa propre representations. Ces representationspeuvent etre regroupees a l’interieur d’un meme SGBD geographique pour former une base de donnees multi-representations. La BDG peut etre :

– Centralisee, l’operation qui consiste a regrouper les donnees sur un seul site est appelee migration,– Repartie sur des sites distants relies par un reseau.De plus, l’integration de sources geographiques peut etre aussi employee :– Pour assembler plusieurs sources geographiques ayant des emprises limitrophes– Pour reutiliser des donnees dans un nouveau contexte– Pour obtenir une base de donnees geographiques commune et qui soit optimale en terme de qualite et de

non redondanceQuatre niveaux d’integration des bases de donnees geographiques peuvent etre identifies [35] :– Les BDG multi-couches obtenues par regroupement,– L’integration des meta-donnees : les catalogues,– L’integration de la semantique des BDG,

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2.5 L’application des SIG dans la gestion des risques naturels

– L’integration complete des BDG (voir figure 2.9 pour un SIG multirepresentation obtenu a partir d’unprocessus d’integration et d’appariement).

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Intégration Appariement

Contrôle de Cohérence

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SIG Multi-représentations

Fig. 2.9 – SIG multi-representation obtenu a partir d’un processus d’integration et d’appariement, d’apres Devogele1997 [35]


L’une des critiques donnees a l’approche PPRR (Section 2.2 ) est que la frontiere entre les differentes etapesn’est pas toujours claire. En effet, les actions menees dans le cadre de la gestion des risques peuvent appartenira une ou plusieurs des etapes PPRR (Table 2.2)5. Ainsi, les systemes presentes ci-apres peuvent etre largementregroupes dans une ou plusieurs categories du modele PPRR.

Les experiences seront donc discutes dans des termes larges, plutot que dans les termes PPRR ou par typede risque naturel. De cette maniere, les exemples sont integres sans se soucier de leur finalite immediate.

La plupart des exemples d’application des SIG dans le domaine des risques naturels se sont interesses auxaspects physiques des risques naturels comme la cartographie des zones inondables ou la cartographie des zonessismiques en se basant sur les mesures d’intensite des secousses, ou encore la prediction des glissements de terrain apartir des caracteristiques geomorphologiques. Newkirk [94] a presente les raisons historiques derriere cette tendance.Selon lui, plusieurs SIGs commerciaux ont evolue de leurs fonctionalites comme des outils de cartographie, et n’ontintegre des outils de modelisation et de simulation que recemment.

2.5.1 La modelisation du risque

Les exemples relatifs a ce domaine [22] [16] [121] integrent generalement l’integralite de la phase de mo-delisation physique du phenomene dans le SIG. En effet, les variables critiques contribuant a la definition duphenomene peuvent etre derivees du modele numerique du terrain (pente, aspect, altitude) et d’autres donneesspatiales disponibles (sol, geologie, vegetation) (figures 2.10(a) 2.10(b)).

5Par exemple, les differences entre les activites de prevention et les activites de preparation sont difficiles a definir.

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Fonction Applications potentielles ExemplesAide a l’analyse de la distribution del’infrastructure socio-economique par rap-port aux risques naturels

Quels elements du reseau se trouvent dansla zone a risque ?

Affichage desdonnees

L’utilisation des cartes thematiques pourameliorer les rapports et/ou les presenta-tions

Quelle est la population qui peut etre affec-tee ?

Le lien avec d’autres bases de donneespour d’autres informations specifiques

Ou se trouve le centre de secours le plusproche ?

Le stockage etla recherche desinformations

La maintenance et la mise a jour des don-nees sur le territoire

Afficher toutes les parcelles qui ont eu unprobleme d’inondation dans le passe

La gestion duterritoire

La maintenance et la mise a jour descartes du territoire, comme les cartes dezonages et d’inondations

Lister les noms de tous les proprietaires deparcelles a l’interieur de la zone de 30 m aproximite d’une riviere ou d’une faille

Determiner et appliquer la regulationde l’occupation du sol et les codes deconstructions

Quelles sont les parcelles qui se trouventdans une zone a fort risque sismique ?

La selection dessites

L’identification des sites potentiels pourusage particulier

Ou sont les parcelles qui ne sont toucheespar aucun risque, ayant au moins x ha, setrouvant a une distance y de la route prin-cipale ?

L’evaluationde l’impact durisque

Identification geographique des impactsdes catastrophes

Quelles sont les unites de la zone residen-tielle qui vont etre affectees par les inonda-tions ?

La modelisationdu developpe-ment

Analyse de l’adequation de parcelles par-ticulieres au schema du developpement

En considerant la pente, le type du sol, ledrainage, quelles sont les zones qui doiventavoir la priorite dans le developpement ?

Tab. 2.2 – Exemples d’application des SIG dans la gestion des risques naturels a une echelle locale

Certains modeles tels que les modeles de presomption des glissements de terrain simples ne necessitent pasdes possibilites de modelisation complexes, ce qui n’est pas le cas de la modelisation des processus dynamiquescomme les tempetes, le vent, ou les tremblements de terre.

Dans [22], un SIG a ete utilise pour modeliser la presomption des glissements de terrains. Les parametresmorphologiques, geologiques, et de vegetations sont calcules a l’interieur du SIG, et les relations sont analysees dansun outil statistique externe. Cette etude s’est limitee a la phase d’identification physique du risque. Cependant,elle illustre l’importance du SIG dans des applications qui utilisent les parametres du terrain pour la modelisation,comme la longueur et la moyenne de la pente, la surface drainee et la pente des sous bassins versants. Ces parametressont derives des modeles numeriques de terrains et des reseaux hydrologiques [34].

Pearson et al. [99] ont fournit un exemple detaille de l’evaluation du risque de glissement de terrain, enintegrant la modelisation du risque dans un SIG avec des systemes experts et des modeles physiques. Leur approcheintegre des modeles physiques de risques et des donnees socio-economiques avec un systeme expert afin d’integrerles facteurs de vulnerabilite humaine dans l’evaluation des risques naturels.

L’application de Brabb [16] sur la cartographie du risque de glissements de terrains illustre l’evolution d’une

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(a) Un modele numerique d’altitude represente en courbes de ni-veaux

(b) Un modele numerique d’altitude represente en visualisation3D

Fig. 2.10 – Le modele numerique de terrain

simple application cartographique vers une modelisation integree pour l’identification du risque. Initialement, l’etudea produit des cartes pour identifier les variables importantes, telles que les intensites historiques des secoussestelluriques, la localisation des failles, les zones menacees par les inondations, et la geologie. La presentation deces cartes aux urbanistes dans le conte de «San Mateo» en «Californie» a suscite chez ces derniers le besoind’avoir davantage de modelisations des risques, parce que les questions posees par les urbanistes ne peuvent pasetre resolues par ces cartes individuelles. Le SIG a integre des variables spatiallement distribuees pour modeliserles risques, comme la liquefaction6. Les resultats ont ete utilises par les responsables locaux pour limiter la densitedu developpement urbain autorise dans les zones menacees geologiquement dans le conte.

2.5.2 La surveillance des phenomenes

Une application interessante des SIG aux risques naturels a ete la surveillance et la localisation des sites desdechets toxiques et des sites de contaminants polluants. Estes et al. [43] ont fournit une discussion detaillee sur lerole potentiel des SIG dans la surveillance des dechets. Le systeme met l’accent sur la composante alea de la gestiondes risques en surveillant les facteurs physiques tels que la proximite aux cours d’eau, les proprietes du sol, lessources polluantes, les indicateurs botaniques, et le transport des contaminants. L’approche discute aussi du roledes indicateurs socio-economiques pour identifier les sites dont le niveau d’acceptabilite du risque est depasse. Lavulnerabilite n’etait pas traitee dans le detail dans cette etude, puisque plusieurs facteurs sociaux ont ete ignores,comme la capacite de relogement de la communaute loin des sites dangereux.

Von-Braun [126] note que le SIG est particulierement utile pour integrer les resultats spatio-temporels de lamodelisation dans l’evaluation du risque. Cavallin et al. [23] ont fournit l’exemple d’un SIG applique a l’evaluationdes risques de pollution des eaux souterraines. Hickeyet al. [61] ont presente une etude interessante dans laquelle

6La liquefaction est un phenomene qui se produit sous sollicitation sismique (eventuellement, en bord de mer sous l’effet de la houleou par suite d’une activite anthropique).

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ils ont utilise un SIG, des images satellitaires (2.11), la modelisation de l’erosion, et des methodes de prises dedecisions multi-criteres afin de supporter les procedures de reclamations du foncier pour les mines abandonnees.

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Fig. 2.11 – Exemple de deux images satellitaires prises en deux instants differents surveillants un volcan

Avant 1993, les SIG etaient consideres comme une partie integrante des initiatives du «Superfund»7 [126], enincluant des mesures de la vulnerabilite humaine pour classer les proprietes en risque faible et eleve. Les initiatives«Superfund» ont aussi souligne l’importance des approches multi-risques qui ont ete negligees dans la plupart desrecherches sur les risques naturels. Le rapport de «U.S. Interagency Floodplain Management Review Committe»[96] s’est interesse par exemple aux risques potentiels associes a la localisation des installations de stockage desdechets dangereux et industriels a l’interieur des plaines d’inondations.

Les exemples suivants, fournit dans [126], illustrent le role potentiel du SIG dans la reparation des risqueslies aux sites de dechets.

– la communication du risque : Les SIG sont utilises pour generer des cartes confidentielles et afficher lesresultats des risques sur les proprietes pour une utilisation dans les reunions publiques. De la meme maniereque dans la delimitation des zones d’inondation, la cartographie de la toxicite des eaux souterraines etdes sols peut avoir des impacts sur les valeurs des proprietes individuelles, ce qui ajoute une nouvellecomplexite au probleme de la gestion des risques.

– l’identification du risque : Des cartes sont creees pour afficher les indices de risque. Des modeles de trans-ports des contaminants et le flux des eaux souterraines sont aussi developpes pour predire les expositionsfutures et pour determiner les sources des contributions.

– l’analyse de la vulnerabilite : Les regions necessitants une attention particuliere sont classees en prenanten consideration la localisation des groupes vulnerables comme les enfants, les femmes enceintes, qui sontles plus vulnerables aux risques sanitaires.

7Le programme «Superfund» est destine a decontaminer les sites contenant des dechets dangereux et a proteger les populations etl’environnement. L’objectif du programme «Superfund» est de proteger l’environnement sur le long terme, des relachements reels oupotentiels de substances dangereuses issues de sites contenant des dechets dangereux abandonnes ou non controles.

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2.5.3 La cartographie du risque

Les cartes de risques (figure 2.12), par opposition aux cartes de vulnerabilite, ont vu le jour depuis plusieursdecennies. Par exemple, les cartes de risques suisses delimitant les zones d’avalanches ont ete produites depuis 1878.Gruber et al. [53] ont note que les zones d’avalanches ne donnent aucune preuve sur les risques potentiels d’avalanchescauses par les evenements extremes, ou les conditions environnementales evolutives, et refletent uniquement lesenregistrements historiques. Cependant, elles fournissent un apercu historique utile du risque dans une region.

Fig. 2.12 – Carte des communes soumises au risque de mouvement de terrain

Des travaux recents ont essaye d’adapter les modelisations physiques pour affiner la prediction des couloirsd’avalanches avec un SIG [67] [53]. Cligniez [26] a examine l’importance de la representation spatiale pour laprediction des avalanches et la modelisation des simulations.

A la difference des autres applications SIG simples qui utilisent les capacites cartographiques [87] [70] [111],Lanza et al. [79] ont definit une methodologie pour l’evaluation des risques d’inondation en integrant les SIG etla modelisation hydrologique distribuee. Un SIG a ete utilise pour deriver des resultats a partir des modelisationsdes debits de pluies, et les combiner avec l’imagerie satellitaire pour identifier les occurrences probables des evene-ments meteorologiques extremes. Comme dans de nombreux cas, la modelisation physique des risques est realiseea l’exterieur du SIG car les capacites de modelisation numerique du SIG sont limitees (voir [19] pour un exempled’integration du modele hydraulique avec un SIG).

2.5.4 La procedure d’evacuation

La modelisation de la procedure d’evacuation dans les SIGs a recu une attention particuliere dans la literaturesur les risques naturels. Les experiences dans cette activite sont interessantes pour la gestion des risques naturelspuisqu’elles integrent a la fois des donnees physiques sur les risques naturels et des donnees sur la population.

Historiquement, le besoin de disposer des plans d’evacuation (figure 2.13) a ete ressenti pour evacuer despersonnes vivant a proximite des usines nucleaires et des sites de productions chimiques [68]. Les catastrophes dansles reacteurs nucleaires a «Three Mile Island» en 1979, et a «Chernobyl» en 1986, ont ete les facteurs motivantsdans ce domaine de recherche sur les risques.

Dans son etude sur la modelisation de la vulnerabilite et l’evacuation des personnes en utilisant les SIG, Covaet al. [31] ont introduit le concept de «Emergency Planning Zone» EPZ (la zone de planification d’urgence). Ils

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Fig. 2.13 – Plan d’evacuation du Hurricane Jupiter, Source : FEMA

notent que le concept EPZ etait tres utile pour la planification de l’evacuation, parce qu’” ...il sert comme un accordformel entre les gestionnaires de secours sur la definition de l’evacuation possible. Ceci permet aux analystes de sefocaliser sur les problemes lies a l’estimation et a la reduction du temps qu’ils peuvent passer pour securiser unezone. La delimitation d’une EPZ credible peut se reveler une tache technique et politique significative pour certainstypes de risques”8.

Les recherches de Cova et al. [31] ont abouti a une approche basee sur les SIG pour la modelisation desevacuations avec la prise en compte de l’incertitude spatiale. Les incertitudes existent notamment pour les risquesavec declenchement rapide comme les fuites toxiques et les incendies urbains.

De-Silva et al. [33] presentent un exemple de systeme d’aide a la decision pour la planification des secours. Ilsont utilise des modeles de simulation avec un SIG pour modeliser les routes d’evacuation dans le cas des catastrophesradiologiques. Le systeme utilise des donnees spatiales avec des algorithmes de modelisation des reseaux, combinesavec des modeles de simulations, pour predire le flux du trafic du reseau avec des scenarios varies (pannes de voitureset routes barrees par exemple). Le systeme est concu comme un outil de planification d’evenements inattendus pourevaluer un ensemble de strategies de gestion precedant l’evenement.

De la meme maniere, Newsom et al. [95] ont integre le modele DYNamique d’Evacuation (DYNEV) pourl’evacuation du trafic dans un SIG. Le systeme permet de modeliser l’evacuation des personnes vivant a l’interieurd’une zone de 10 Km a proximite d’une centrale nucleaire. Le modele utilise les flux et les directions des voitures,l’occupation des vehicules, le volume des vehicules sur la route, et les donnees du recensement pour predire lenombre de vehicules de secours, les capacites du reseau routier et les nœuds de destination.

8Source : www.geog.utah.edu/ cova/cova-church-1997.pdf

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2.5.5 L’organisation des secours

Les services publiques de gestion des secours, comme les services d’ambulances, de police, et d’incendie ontrapidement adopte les SIG pour la gestion de parcs. Schwarz [107] note que de tels systemes sont utilises a troisniveaux : la geo-referenciation automatique, la cartographie automatique, la planification et l’analyse.

Les services d’urgences de «Victorian» ont recemment implemente un SIG avec le systeme Intergraph a150 millions de dollars, pour l’enregistrement des appels, la coordination des interventions quotidiennes pour lesincendies, la police et les services d’ambulances.

2.5.6 La rehabilitation : l’evaluation des dommages et des degats

D’autres exemples d’applications utilisent les SIG comme des outils d’inventaires pour la rehabilitation post-catastrophe, et l’evaluation des dommages et des degats.

En Californie, un SIG est utilise dans les incendies d’«Oaklan» pour quantifier l’etendue spatiale et lesdommages dans toutes les structures [36]. L’evaluation des dommages post-catastrophes a deux objectifs :

– fournir des informations immediates pour l’allocation des aides federales aux victimes de la catastrophe,– et utiliser les informations pour cartographier le comportement de l’incendie pour des analyses ulterieures

de risques dans d’autres regions de l’Etat.De facon similaire, Rosenfeld [104] illustre l’utilisation des SIG et du GPS9 pour la cartographie des dommages

des inondations parvenues au Bangladesh pour les programmes de reduction de la vulnerabilite et d’education surles risques futurs.

Dans la phase d’evaluation des dommages d’Hurricane «Andrew» en Floride, Antonini et al. [8] ont utilise unSIG pour cartographier les navires endommages. Le SIG est utilise pour modeliser la relation entre les dommageset les facteurs declenchants comme les marees, et pour classer les zones aux impacts potentiellement eleves ense basant sur la concentration des bateaux endommages ou coules. Les dommages structurels des bateaux sontutilises comme un indicateur complementaire de la valeur de l’endommagement environnemental. L’identificationdes navires endommages devrait ainsi prevenir des dommages supplementaires aux zones sensibles.

Bocco et al. [14] ont integre des photographies aeriennes, des donnees d’occupation du sol, et des modelesnumeriques de terrain pour evaluer les dommages et les degats des inondations du «Mexique». Le systeme developpea ete specialement concu pour l’evaluation des dommages, et a evolue pour etre utilise par les urbanistes, et pouretre la base d’un systeme d’information urbain a grande echelle.

2.5.7 Les experiences des entreprises publiques dans la gestion des risques

Les entreprises d’utilite publique ont evolue progressivement vers des systemes informatiques en s’appuyantsur la topologie pour identifier les risques dans leurs reseaux. Ces derniers sont constitues principalement de reseauxelectriques, des reseaux d’installation de gaz naturel, et des reseaux routiers et de telecommunications.

Le SIG permet par exemple d’analyser des modeles spatiaux des chutes quotidiennes du reseau pour identifierleurs relations avec d’autres facteurs [133] [134]. Les resultats permettent une meilleure allocation des ressourceset de gestion de temps, avec une diminution du nombre de nœuds en panne dans le reseau. De telles modelisationspermettent de reduire les couts des entreprises, et ameliorent la qualite des services aux consommateurs.

Les lecons apprises des risques (quotidiens) a frequence elevee et les traitements appliques pour leur gestion,peuvent etre adaptes aux risques a faibles frequences tels que les cyclones et les tremblements de terre. Des problemesde competitivite et de confidentialite ont tendance malheureusement a empecher les entreprises de partager leursexperiences dans la gestion des risques avec le grand publique.

9Global Positionning System

- 36 -

2.6 L’incertitude et les risques naturels

2.5.8 Les systemes pour la protection de l’environnement

Pendant que la plupart des applications mettent l’accent sur l’amelioration de la securite publique, ou la mo-delisation des risques naturels, certaines etudes se sont aussi interessees aux risques dans les systemes de protectionde l’environnement. Un exemple est l’utilisation du SIG pour l’evaluation de l’indice de sensibilite environnementaledans la reponse aux marees noires dans la cote d’«Alaska» [69]. Le SIG delimite les zones d’importance ecologiquepour allouer les ressources de reponses aux marees, et pour minimiser les dommages et les degats ecologiques.Le resultat de la cartographie de la sensibilite environnementale est une carte de vulnerabilite environnementaleindiquant la presence ou l’absence d’especes animales particulieres.

De facon similaire, l’etude de Ramsey et al. [102] ont integre l’imagerie satellitaire avec un SIG pour identifierles impacts des hurricanes sur les zones humides forestieres dans la «Louisiane». En Australie, Puotinen [100] aintegre des modeles meteorologiques, mathematiques, et spatiaux avec un SIG pour identifier les impacts descyclones sur les recifs corales dans le «Queensland».

2.6 L’incertitude et les risques naturels

L’etude de l’incertitude dans la gestion des risques naturels a recu recemment une attention particuliere [48][94] [103] [29] [57] [32] [132]. Un exemple de l’utilisation de l’incertitude a ete l’etude de Emmi et al. [40]. Danscette etude, des simulations aleatoires pour perturber la localisation des zones de tremblements de terre ont eteappliquees a l’interieur d’un SIG. L’impact des changements resultants sur les pertes des batiments a ete evaluedans la ville de «Salt Lake City», dans l’Utah. L’experience est d’une importance particuliere parce qu’elle quantifiel’incertitude en terme de resultats de risque final, dans ce cas en terme de batiments endommages.

Les techniques de simulation permettent aux chercheurs en risques naturels d’identifier et de developperdes strategies de reduction du cout comme l’amelioration de la resolution des donnees, ou en realisant davantaged’enquetes verite terrain [40]. L’analyse de l’incertitude permet aussi aux gestionnaires du risque de repondre auxquestions sur l’erreur des modeles de risque et de guider les acquisitions futures des donnees.

Davis et al. [32] ont utilise dans un SIG la logique floue et des simulations Monte Carlo [42] dans un modelede stabilite de pente pour la «Colombie Britannique», Canada. La methode met l’accent sur la nature incertainedu risque quand les modeles de donnees spatiales polygonales sont utilises.

Murillo et al. [90] ont evalue l’incertitude dans un modele de presomption de glissement de terrain sur un siteen «Oregon», USA. Pour evaluer le role de l’incertitude spatiale, des realisations de modele numerique de terrain(MNT) a plusieurs niveaux ont ete creees, et incluses dans le modele de stabilite des pentes. Les resultats ont etecartographies, et les regions ayant un fort potentiel de risques ont ete mises en evidence par une couleur particulieremontrant une certitude elevee du risque. Wadge [128] a aussi etudie l’importance de l’erreur du MNT dans les fluxgravitaires et les instabilites des pentes.

Les exemples precedents se sont interesses a une partie des incertitudes sur le risque. Cependant, d’autrescomposantes sur l’incertitude peuvent exister, comme celles associees aux operations spatiales, a l’incertitude inhe-rente au modele du risque, et a l’incertitude associee a la generalisation cartographique.

2.7 Les SIG et l’evaluation de la vulnerabilite

Les exemples d’application des SIG dans l’analyse de la vulnerabilite mettent souvent l’accent sur la vulne-rabilite structurelle, comme les routes ou les pipelines de gaz [106] [7] [120] [114] [50] [92] [32]. D’autres experiencesse sont interessees a l’analyse de la vulnerabilite des batiments residentiels et commerciaux, et leur risque d’endom-magement du aux inondations, aux vents, aux avalanches, aux tremblements de terre et auwx glissements de terrain

- 37 -

2.7 Les SIG et l’evaluation de la vulnerabilite

[112] [44] [47] [111] [3]. Les aspects humains et sociaux de la vulnerabilite ont ete rarement inclus dans l’evaluationdu risque.

La figure 2.14(c) montre un exemple de la carte de vulnerabilite produite a partir de croisement de deuxcouches d’informations : la carte des aleas 2.14(a) (phenomenes) et la carte des enjeux 2.14(b) (elements exposes).L’exemple est repris de la procedure PPR (plan de prevention des risques).

(a) Une carte d’aleas (b) Une carte d’enjeux

(c) Une carte de vulnerabilite = La su-perposition entre la couche carte desaleas et la couche carte d’enjeux

Fig. 2.14 – Evaluation de la vulnerabilite a partir de la connaissance des enjeux et des aleas

Un exemple interessant de l’application des SIG dans l’evaluation de la vulnerabilite des reseaux est le projet«Christchurch Engineering Lifelines Project» en «Nouvelle Zealand» [52]. Le projet fournit une approche multi-risques de l’evaluation de la vulnerabilite, et traite les risques de tremblement de terre, des inondations, des tsunamiset des risques meteorologiques. Un SIG a ete utilise pour creer des cartes pour visualiser l’etendue spatiale du risque,et pour superposer les reseaux afin d’identifier les nœuds qui sont les plus menaces. Le projet est interessant car ila reussi a ramener les entreprises publiques et les organisations de gestion des secours a partager les donnees et lesidees dans l’objectif commun de la securite publique.

- 38 -

2.8 Les initiatives a l’echelle nationale

Une autre experience pour integrer la vulnerabilite dans la gestion des risques naturels a ete le travail de Fosteret al. [46] pour la cartographie multi-risques dans la «Colombie Britannique». Cette etude est l’une des premieres autiliser le systeme SYMAP10. L’etude a integre des donnees sur les tremblements de terres, les inondations, l’erosionde la surface, et 14 autres risques pour identifer les pertes potentielles annuelles en dollars par hectares dans laregion de «Greater Victoria».

Une autre experience a ete l’etude de Granger [51], qui a utilise le systeme MAP11 pour integrer la vulnera-bilite et la modelisation des risques dans la gestion des risques volcaniques en «Papua Nouvelle Guinee».


Au niveau national, certains pays ont pris conscience de l’importance de mettre a disposition et a grandeechelle des donnees geographiques ou non, relatives aux risques naturels, pour le compte des organismes qui endemandent. La mise a disposition de ces donnees se fait principalement a travers le Web, avec des moteurs derecherche qui permettent de rechercher ces donnees au moyen de metadonnees, et la description des ressources.

Les projets de gestion des risques naturels qui utilisent les techniques SIG a une echelle nationale sontrelativement rares. Ceci est du en grande partie au fait que la modelisation a des echelles et des resolutions spatialespratiques exigent d’enormes ressources.

2.8.1 L’exemple Americain

Dans les pays developpes, des pays comme les etats-unis12 sont en avance dans la production et la misea disposition de donnees geographiques relatives a certains risques (les inondations par exemple). Le programmeEnvironmental Monitoring and Assessment Program («EMAP») [41] a ete cree pour identifier les risques ecologiquessur le territoire des etats-unis. Il repose sur l’utilisation d’un SIG pour integrer des bases de donnees disponibles etdes modelisations relatives aux ressources ecologiques. Meme si le projet ne s’adresse pas specialement a la gestiondes risques naturels, le projet est important pour sa portee nationale. «EMAP» est destine a surveiller la conditiondes ressources ecologiques nationales. Le programme surveille les concentrations polluantes ambiantes, les taux desdepositions acides, les inventaires d’emissions polluantes, et d’autres risques et indicateurs de risques.

Dans le cadre du programme «National Flood Insurance Program», des cartes numeriques d’inondations«DFIRMS» (Digital Flood Insurance Rate Maps) et des donnees d’inondations Q3 13 ont ete utilisees pour supporterles strategies de mitigation des risques d’inondation. Le programme necessite aussi l’identification de toutes lesplaines inondables et l’etablissement des zones a risque d’inondation. Les plaines d’inondations sont delimitees avecdes etudes d’assurance d’inondations «FIS» (Flood Insurance Study). Les zones «FIS» sont realisees en utilisantdes analyses statistiques des donnees sur les flux des rivieres, des tempetes, des informations sur les precipitations,des donnees topographiques, et des analyses hydrologiques et hydrauliques.

Les resultats d’une etude FIS sont utilises pour developper des cartes de taux d’assurances d’inondations«FIRM» (Flood Insurance Rate Maps FIRM), qui cartographient l’extension spatiale des zones d’inondation. Ceszones sont connues comme des Zones Speciales de Risques d’Inondation et delimitent les zones menacees par desinondations de probabilite 1% ou plus. Ces zones sont appelees base-flood, et forme le support sur lequel les besoinsd’assurance et de gestion des risques d’inondation sont bases.

10SYMAP, cree par Fisher en 1963, est l’un des premiers systemes d’information Geographiques qui a ete developpe. Plusieurs deses fonctionalites sont presentes dans les systemes raster actuels. SYMPA etait considere comme un systeme cartographique qui reposeexclusivement sur les techniques d’impression en ligne, ce qui le limitait en terme de qualite et de resolution

11Map Analysis Package12Aux etats-unis, l’agence «FEMA» (Federal Emergency Management Agency) est responsable de la gestion de ces projets de

mitigation.13Les donnees Q3 representent des cartes sur les limites des plaines d’inondations

- 39 -


«FEMA» estime que la realisation des «FIS» a ete achevee, et que les «FIRM» ont ete publiees, pour presquetoutes les communautes qui ont un risque d’inondation. Les etudes ont coute plus de 900 millions de dollars et ontproduit quelques 90 000 cartes «FIRM» pour plus de 20 000 communautees menacees.

Un autre programme de l’agence FEMA est HAZUS14. HAZUS est une methode complexe d’estimation dedommages sismiques, presentee sous la forme d’un logiciel, developpe par l’Institut National pour les Sciences de laConstruction (aux Etats Unis d’Ameriques). Realisee dans sa premiere version en 1997, l’approche a ete revue en1999. Une equipe pluridisciplinaire, composee d’ingenieurs, geologues, geographes, architectes, economistes et ges-tionnaires de crise a ete reunie pour developper cette methode. Initialement dediee uniquement au risque sismique,elle fait aujourd’hui l’objet de developpements concernant d’autres risques naturels, notamment d’inondations et detempetes. Le logiciel est organise en plusieurs modules interdependants, permettant l’insertion de nouvelles donneescomplementaires ou de nouveaux modules de calcul. Ainsi, des ameliorations peuvent etre apportees notammentdans le cadre d’une application particuliere, en fonction des donnees disponibles. Le caractere modulaire du modeleapporte a l’utilisateur la possibilite de limiter l’analyse a son niveau d’interet. L’exploitation du modele peut etredivisee en six parties principales : l’inventaire des enjeux, l’analyse de l’alea, l’estimation de dommages physiquesdirects, l’estimation des dommages physiques indirects, et des pertes economiques directes et indirectes. L’ensembledes modules, des informations ainsi que des resultats est presente sous une forme cartographique et integre dans unSIG. L’utilisation du modele, ayant un caractere universel, n’est pas dependante du SIG utilise, mais la possibilited’analyse spatiale represente toutefois un atout non negligeable.

2.8.2 L’exemple Francais

En France, la cartographie est, pour le moment du moins, essentiellement une cartographie de l’alea15. Elleetait au depart thematique, c’est-a-dire qu’elle traite chaque risque separement. En ce qui concerne les inondationspar exemple, son etablissement est reparti dans les services de l’Etat, departements ou regions.

On y trouve :– les atlas de zones inondables (AZI)– les atlas de plus hautes eaux connues (PHEC),– les cartes de localisations probables des avalanches (CPLA),– les bases de donnees cavites souterraines et mouvements de terrains.A une echelle moins detaillee existent des cartes de vents, de l’alea sismique, de foudre, de temperatures et

de l’alea secheresse.Il s’agit essentiellement d’une cartographie des connaissances, a partir des phenomenes observes ou de leur

trace, avec peu de modelisation. A partir de ces documents elementaires, des cartes de synthese ont ete introduiteaux echelons departemental (DDRM) et communal (DCS). L’Etat est, dans certaines communes, alle plus loin enelaborant des preconisations obligatoires d’urbanisme et de construction pour tenir compte du risque. Ce sont lesplans de prevention de risques (PPR).

2.8.2.1 La diffusion de l’information geographique sur les risques

L’information geographique sur les risques, quand elle existe, est consultable dans les services deconcentresde l’Etat et dans les mairies. Cependant, aujourd’hui, la plupart du temps, on ne peut apprendre l’existenced’etudes sur un territoire donne qu’en se deplacant vers les services regionaux comme la direction departementaled’equipement (DDE), la direction departementale de l’agriculture et de la foret (DDAF), ou la direction regionale

14plus d’informations disponibles au site http ://www.fema.org/hazus/15On rappelle que l’alea est une autre appellation du risque, elle consiste en tout phenomene naturel d’occurrence et d’intensite

donnees

- 40 -


de l’environnement (DIREN). L’information est donc dispersee. De plus, sur un theme, sauf lorsqu’un etablissementpublic en est charge, les donnees sont heterogenes. Elles sont loin d’etre toutes sous forme numerique, et lorsqu’ellesle sont, elles presentent parfois des difficultes d’emploi.

La diffusion des donnees elles-memes est un sujet largement plus delicat, notamment de par la question liee ala propriete intellectuelle, mais aussi au sujet de la responsabilite des gestionnaires de donnees, en particulier dansle cas d’emploi en dehors de leur champ de validite. Les notions de tracabilite des donnees, et de leur qualite, sontdonc fondamentales.

L’Etat travaille neanmoins a construire des catalogues de donnees, car, en meme temps que certaines societesprivees dans d’autres domaines, il a pris conscience de l’importance de gerer ce volume de donnees. A terme, l’interetest de cataloguer, par commune, toutes les cartes de risques disponibles.

Un exemple interessant est celui du Comite Regionale de l’Information Geographique P.A.C.A16. Il montrebien ce que peut apporter un catalogue de donnees, avec les descriptifs techniques utiles (objets, attributs...) et lesinterlocuteurs charges de leur gestion.

Le catalogue des donnees pose aussitot la question de la diffusion de ces donnees. Le Bureau de RecherchesGeologiques et Minieres (BRGM), a publie en 2001 sur Internet quatre bases de donnees spatialisees, proprietes deplusieurs organismes publics :

– sur les cavites souterraines (www.bdcavite.net),– sur les mouvements de terrains (www.bdmvt.net),– sur les seismes historiques et paleoseismes (www.sisfrance.net et www.bdnepal.net).D’autres modes de diffusion, par CDROM notamment, devront egalement etre mis en place pour accompagner

l’augmentation du volume de donnees diffusees.

2.8.3 L’exemple Anglais

En octobre 2000, Sitescope Limited a ouvert, en Angleterre, un service Internet (www.homecheckpro.co.uk)renseignant sur les risques environnementaux lies a un patrimoine immobilier. Ce site Web, fournit en ligne desetats de l’environnement destines aux professionnels traitant des transactions de biens immobiliers, mais aussi ades notaires, des geometres, des assureurs, et des banquiers. De meme, les particuliers peuvent controler l’etatenvironnemental de leur habitation, sur de nombreux themes tels que le risque d’inondation, la proximite desdecharges et des sites pollues, le risque d’affaissement minier, etc.

Le site delivre plus de 60000 etats en ligne, fournis a l’ecran, mais aussi sur papier. Il permet a l’utilisateurde visualiser sur une carte, tout danger de nature environnementale qui a ete trouve dans un perimetre de 500metres.

Pour se localiser, l’utilisateur utilise le systeme «Address-Point System» defini par l’Ordnance Survey quilocalise 25 millions d’adresses enregistrees dans le Royal Mail PostCode Address File (PAF). D’autres identifiantsspatiaux sont egalement disponibles comme le code postal. A chaque parcelle a ete attribue un identifiant «UniqueProperty Reference Number» (UPRN) qui agit comme un index spatial et qui permet d’associer a un patrimoineimmobilier des informations spatiales.

Il est important de noter que les informations environnementales sont extraites de bases de donnees d’or-ganismes publics comme : Environment Agency, English Nature, British Geological Survey, Health and SafetyExecutive, Radiocommunications Agency, Coal Authority, Department for Environment, et Food and Rural Affairs.

La cartographie du 1/3000 eme au 1/500000 est produite par l’Ordnance Survey qui est l’organisme gouver-nemental de cartographie national17. Cette cartographie est disponible sous forme numerique pour l’ensemble duterritoire.

16http ://www.crige-paca.org/17Equivalent de l’IGN en France

- 41 -

2.9 Conclusion

2.8.4 L’exemple Canadien

Une initiative similaire a celle entreprise par les etats-unis est en cours de developpement par l’agence Emer-gency Preparedness Canada18. NHEMATIS (Natural Hazards Electronic Map and Assessment tools InformationSystem) integre un systeme expert, un SIG ArcView, une base de donnees relationnelle et des modeles physiques derisques [122]. Ceci est integre avec des donnees sur les infrastructures et la population pour developper des analysesde risques et de vulnerabilite. Le systeme a ete developpe pour la modelisation des pertes liees aux tremblementsde terre et aux vents pour un nombre d’etudes de cas urbains au Canada.

2.8.5 L’exemple Australien

En Australie, peu d’initiatives nationales sur la gestion des risques naturels utilisant les SIG existent. Unexemple est celui de «the Australian Geological Survey Organisation’s (AGSO’s) National Geohazards Vulnerabilityof Urban Communities Project19». Le projet developpe des methodologies d’evaluation de risques pour des etudesde cas comme «Launceston» et «Cairns», avec une attention particuliere sur le risque de tremblement de terre etdes glissements de terrain. Le SIG est une partie cle de la methodologie, bien qu’aucun logiciel specifique n’ait etedeveloppe comme c’est le cas des projets HAZUS et NHEMATIS.

2.8.6 L’initiative INSPIRE : INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe

Lancee en Janvier 2002 par la DG Environment, l’initiative INSPIRE veut doter l’Europe d’une infrastructurede donnees spatiales homogenes sur l’ensemble du territoire europeen pour suivre l’impact de ses decisions en matiereenvironnementales20 (voir figure 2.15). La directive s’appuie sur deux constats :

– Le premier porte sur la dimension spatiale de toute information environnementale (eau, air, climat, biodi-versite...)

– Le second, renvoie a la necessite d’une approche cooperative pour batir cette infrastructure de donneespour tenir compte des differents niveaux d’intervention, local, national et europeen.

Parmi les principes que la directive met en avant concernant l’information geographique, on releve, en autres :– L’information doit etre collectee une fois,– Il doit etre possible de combiner aisement les informations spatiales de differentes sources,– Les informations doivent etre partageables,

2.9 Conclusion

La menace engendree par les risques naturels reste presente partout dans le monde, et est accentuee parla croissance exponentielle de la vulnerabilite au niveau mondial. Le caractere brusque de l’apparition des risquesnaturels rend leur gestion relativement difficile. Cependant, avec l’apparition des nouvelles technologies, et avecla disponibilite des moyens de stockage performants, l’archivage des historiques des phenomenes, et la collecte desinformations en temps reel s’est trouve facilite.

Les systemes d’information peuvent jouer un role important dans l’organisation, le traitement et la presen-tation de toutes ces donnees, pour attenuer des effets des risques naturels sur la population et leur environnement.

18http ://www.essa.com/nhematis/19pour plus d’informations consulter le site : http ://www.agso.gov.au/aboutagso/capability/cities.html20http ://www.ec-gis.org/inspire/

- 42 -

2.9 Conclusion

Fig. 2.15 – L’initiative INSPIRE : Infrastructure for Spatial Information in Europe

Dans ce qui suit, nous presentons a titre d’exemple, quelques applications developpees dans le cadre de laconvention CIFRE, et qui sont deja operationnelles dans de nombreux organismes comme les mairies, les communes,et les entreprises de genie civil et geotechniques.

- 43 -

Chapitre 3

Quelques applications relatives auxrisques naturels


3.2 Le systeme EMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.3 Le systeme SysPPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.4 Le systeme GeoInfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.1 Introduction

Durant les dernieres decennies, il y a eu une prise de conscience du fait que l’action humaine et les catastrophesnaturelles ont un impact negatif sur l’environnement. Cette attention a incite les pouvoirs concernes a mettrel’accent davantage sur la gestion des risques a travers des etudes de risques, ou par le developpement de systemesinformatiques. L’objectif etant de contribuer a la diminution des impacts des catastrophes naturelles.

Le developpement actuel de l’informatique a permis de disposer de grandes quantites d’information deloca-lisees par le biais des reseaux. Ce qui est le cas pour le domaine des risques naturels, particulierement riche eninformations qu’il est necessaire de prendre en compte, entre autres, dans le developpement de systemes d’informa-tion.

L’objectif du developpement des systemes d’information pour la gestion des risques naturels est de repondreprincipalement aux quatre phases de la gestion des risques : la prevention, la preparation, la reponse, et larehabilitation (voir Section 2.2).

A chacune de ces phases correspond un nombre considerable de donnees et de traitements qu’il faut considerer.Une meilleure connaissance des objectifs de ces phases et des elements qui contribuent a leur reussite reste uneetape incontournable pour la construction d’un systeme d’information pour la gestion des risques naturels.

3.1.1 Contributions

Pour accompagner l’entreprise d’accueil dans son effort de developpement des systemes d’aide a la decision enmatiere de gestion de risques naturels (Voir figure 3.3), nous avons concu et realise un certain nombre de systemes

- 44 -

3.1 Introduction

operationnels qui ont ete testes sur deux territoires reels menaces par des risques potentiels (Val d’Isere, Megeve).Chacun de ces systemes, avec son propre objectif, traite une ou plusieurs parties de la problematique de gestiondes risques naturels, en supportant les principales fonctionalites requises dans un systeme d’aide la decision (figure3.1). On peut en citer par exemple [81] :

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Fig. 3.1 – Les fonctionalites et les caracteristiques d’un systeme d’aide a la decision, d’apres Turban et Aronson1998 [123]

– L’acquisition des informations strategiques necessaires pour la problematique traitee, comme les informa-tions sur le territoire, les phenomenes, et les elements exposes. Ces donnees peuvent etre deja pretes pourl’utilisation, ou bien acquises en temps reel.

– Des modules de type «Qu’est ce qui se passe si» (What-If) pour l’analyse des donnees (figure 3.2) ; Cettepartie du systeme permet generalement de prevoir le comportement du territoire si certains elementspresents dans le systeme evoluent. Ils permettent egalement de simuler differentes situations, et de comparerleurs effets.

– La visualisation des resultats ; pour toute alternative, les principales variables peuvent etre visualisees pourles comparer visuellement.

– Plans d’actions ; i.e. quand un cas ou situation est selectionne, quelques actions peuvent etre choisies etimplementees.

Ainsi, dans le systeme EMMA1 (Section 3.2), la problematique d’evacuation des personnes en danger dansdes zones menacees par des risques d’avalanches a ete traitee. EMMA est un systeme destine a la gestion de lasecurite des personnes soumises a un risque d’avalanche en cas de circonstances meteorologiques dangereuses enstation de sports d’hiver. Plus qu’un plan de secours classique, le systeme offre des fonctionnalites de structuration

1Evacuation des iMmeubles Menaces par des Avalanches

- 45 -

3.1 Introduction

Acquisition des informations

La visualisation des résultats

Des plans d’actions suggérés

L’intégration des données

Des modèles « What-If »

Fig. 3.2 – La structure d’un systeme d’aide a la decision spatiale, adapte a partir de Laurini 2001 [81]

et de traitement en temps reel de parametres complexes et evolutifs representatifs de l’occupation des lieux, del’extension et des caracteristiques des phenomenes, et enfin des logistiques de mise en securite. Il permet aussi desimuler divers scenarios evenementiels et d’affiner la preparation des acteurs face a ces scenarios. Une description duterritoire en termes de parcelles et batiments est fournie, completee par une etude de la vulnerabilite des batimentsface aux couloirs d’avalanches. Des mesures de securites ont ete renseignees pour chaque batiment menace par uncouloir d’avalanche.


Stockage et intégrationdes données

Accès & Visualisation des données

EMMA

SysPPR

GéoINFO

Phénomènes

Territoire

Éléments exposés

Bâtiments,Parcelles,Routes,Etc.

Modèle Numérique de Terrain, etc

Contours Avalanches, Témoignages, photos,


MNT, géologie etc

Cartes d’extensions de:Glissements de terrain,Avalanches,Inondations, Etc.

Phénomènes

Territoire

Éléments exposés

Territoire

Éléments exposés


-Traduction de format de données-Mappage des orthophotos-Import des fichiers des données-Calage des images aériennes-persistance des données géotechniques


Essai1Date: 12/02/2003222333

2555531222212

Sondages,Essais laboratoires,Etc.

-Traduction de format de données-Intégration des informations sur les bâtiments-Géocodage des adresses,-Géo-rectification des images-Calage des images aériennes-intégration des information

selon le schéma de la base

-Calcul des extensions des -phénomènes-Traduction de format de données-Intégration des informations sur les bâtiments-Géocodage des adresses,-Géo-rectification des images-Calage des images aériennes-intégration des information selon le schéma de la base

-Cartographie des avalanches-Estimation des personnes à évacuer-Simulation des scénarios d’avalanches-Recherche par critère de Vulnérabilité.

-Cartographie des risques-Estimation des pertes et des dommages. -Simulation des scénarios de risques

-Navigation des documents réglementaires

-Cartographie des sondages,-Visualisation des sondages et des essais géotechniques-Interpolation et estimationdes informations du sous sol.-Évaluation des risques de glissement de terrains etd’autres risques géologiques.

Gestion de risques

naturels

Mitigation

Préparation

Réponse

Réhabilitation


Stockage et intégrationdes données

Accès & Visualisation des données

EMMA

SysPPR

GéoINFO

Phénomènes

Territoire

Éléments exposés



Contours Avalanches, Témoignages, photos,


MNT, géologie etc

Cartes d’extensions de:Glissements de terrain,Avalanches,Inondations, Etc.

Phénomènes

Territoire

Éléments exposés

Territoire

Éléments exposés


-Traduction de format de données-Mappage des orthophotos-Import des fichiers des données-Calage des images aériennes-persistance des données géotechniques


Essai1Date: 12/02/2003222333

2555531222212

Sondages,Essais laboratoires,Etc.

-Traduction de format de données-Intégration des informations sur les bâtiments-Géocodage des adresses,-Géo-rectification des images-Calage des images aériennes-intégration des information

selon le schéma de la base

-Calcul des extensions des -phénomènes-Traduction de format de données-Intégration des informations sur les bâtiments-Géocodage des adresses,-Géo-rectification des images-Calage des images aériennes-intégration des information selon le schéma de la base

-Cartographie des avalanches-Estimation des personnes à évacuer-Simulation des scénarios d’avalanches-Recherche par critère de Vulnérabilité.

-Cartographie des risques-Estimation des pertes et des dommages. -Simulation des scénarios de risques

-Navigation des documents réglementaires

-Cartographie des sondages,-Visualisation des sondages et des essais géotechniques-Interpolation et estimationdes informations du sous sol.-Évaluation des risques de glissement de terrains etd’autres risques géologiques.

Gestion de risques

naturels

Mitigation

Préparation

Réponse

Réhabilitation

Gestion de risques

naturels

Mitigation

Préparation

Réponse

Réhabilitation

Fig. 3.3 – Une synthese des systemes d’information developpes et leurs relations avec les procedures de gestion desrisques naturels

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3.1 Introduction

Le second systeme developpe est celui de SysPPR2 (Section 3.3), qui a ete teste sur la commune de Megeve.Le but de ce systeme est d’organiser un ensemble de donnees relatives a la gestion des risques naturels de lacommune, tels que les donnees sur le territoire, les elements exposes, et les phenomenes naturels qui touchentla commune. Des couches d’informations issues principalement de la direction generale des impots (DGI) ont eteutilisees pour decrire les elements exposes (comme les batiments et les parcelles). Le systeme permet d’informer lesresponsables communaux sur les risques potentiels qui les menacent.

C’est un systeme communal de gestion des risques qui permet, au-dela des affichages traditionnels, de donneraux divers acteurs de la prevention les moyens de gestion, d’appropriation et de consensualisation autour des phe-nomenes pressentis et de leurs consequences previsibles en matiere de dommages, dysfonctionnements et prejudices.Tout en permettant l’affichage requis par les regles administratives de presentation du PPR3, le systeme couvre lesbesoins du DICRIM4 et du Plan Municipal de Secours.

La connaissance d’un certain nombre de risques naturels, tels que les mouvements de terrain, fait appel a laconnaissance plus ou moins precise du sous sol. Malheureusement, l’ensemble des informations issues des compagnesgeotechniques ne sont pas structurees dans des supports informatiques, et sont souvent sur support papier, ce quirend leur utilisation difficile. Le systeme GeoInfo (Section 3.4) essaye de pallier a ce manque en proposant uneinfrastructure pour l’organisation des donnees du sous sol, leur stockage, et leur analyse cartographique. GeoInfotrouve son champs d’application dans de nombreux domaines comme l’aide a la mise en valeur de l’experienceacquise pour la connaissance du sol et du sous-sol, et a la mise en forme de syntheses geotechniques. Le systemea ete teste dans notre cas pour le stockage la structuration, et la cartographie des etudes geotechniques effectueesdans le cadre du trace TGV Lyon-Turin.

Dans la suite de cette partie, nous exposerons les grandes caracteristiques de ces systemes, leurs architectures,et leurs fonctionnalites.

Ils seront presentes dans l’ordre suivant : EMMA, SysPPR, et Geoinfo.

2Systeme PPR3Plan de Prevention des Risques4Dossier d’Information Communal sur les RIsques Majeurs

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3.2 Le systeme EMMA

3.2 Le systeme EMMA

3.2.1 Introduction

Comme beaucoup de stations de sports d’hiver, Val d’Isere est menacee par des avalanches. Les montagnardsconnaissent ce risque et savent depuis longtemps les precautions a prendre pour s’en proteger. Les touristes quiviennent consommer la montagne l’ignorent et ne se plient que tres difficilement aux contraintes a respecterlorsque les conditions meteorologiques se degradent.

C’est un phenomene de societe avec lequel il faut composer, avec celui de la responsabilisation croissantedes elus par rapport aux risques declares sur leurs communes. A cote des dispositions d’urbanisme et des plans desecours deja existants, il a paru souhaitable de creer un nouvel outil de gestion de l’alerte et d’organisation de lamise en securite des populations, et notamment des populations touristiques. Tel est l’objectif premier du systemeEMMA : (Evacuation des iMmeubles Menaces par des Avalanches). Les specifications du systeme prevoyaientqu’a l’issue d’une premiere phase (Cemagref - RTM5) d’identification des zones susceptibles d’etre atteintes parles avalanches et l’analyse de leur vulnerabilite, le systeme identifie zone par zone les enjeux de la procedured’evacuation, les contraintes associees et les aspects logistiques correspondants.

3.2.2 La prevention du risque avalanche

Depuis que l’homme habite en montagne, il est confronte a prevenir la destruction des biens et des dommagescorporels dus aux avalanches (figure 3.4).

Fig. 3.4 – Exemple du phenomene avalanche

Reagissant a la catastrophe de Val-d’Isere en 1970, certains elements ont vu le jours, comme L’Associa-tion pour l’Etude de la Neige et des Avalanches (ANENA), les Cartes de Localisation Probable des Avalanches(CLPA), les Plans des Zones Exposees aux Avalanches (ETNA) au Cemagref depuis, ainsi que la prevision durisque d’avalanches sous l’impulsion du Centre d’Etude de la Neige (CEN) de Meteo France.

Actuellement, la prevention continue a etre fondee sur une multitude de volets, dont on peut citer quelques-uns parmi les plus significatifs (figure 3.5) :

5Restauration des Terrains en Montagne

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3.2 Le systeme EMMA

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Fig. 3.5 – Les elements constitutifs de la prevention du risque avalanche

– la connaissance historique des phenomenes,– l’information preventive de la population,– la preparation aux situations de crise,– la prise en compte du risque avalanche dans l’amenagement du territoire.

3.2.2.1 La connaissance historique des phenomenes

En France, la grande majorite des couloirs avalancheux menacant le territoire est connue, mais le niveau desconnaissances disponibles est variable. Il convient donc, dans un premier temps, de faire le point de ce que l’on saitsur un site donne. Divers documents existent dans ce domaine.

A. La Carte de Localisation des Phenomenes d’Avalanches C.L.P.A. (Carte de Localisation Probabledes Avalanches) suivant l’ancienne appellation. Ce sont des documents cartographiques etablis par des specialistesdu Cemagref. Ce travail a commence apres l’avalanche historique de 1970 a Val d’Isere (39 morts).

Ces cartes tendent a etre exhaustives dans le report des emprises d’avalanche. Les elements reportes auniveau de l’enquete de temoignage ne font en aucun cas appel a une etude prospective. Seule l’information jugeecredible et suffisamment precise y est reportee. Les CLPA contiennent en fait deux types d’informations (figure3.6) :

– Une delimitation par photo-interpretation des zones a activite avalancheuse : l’analyse du relief et de lavegetation, a partir de photographies aeriennes stereoscopiques d’ete, permet de realiser une cartographiedes zones susceptibles de connaıtre ou ayant vraisemblablement connu une activite avalanche ; pour lapremiere edition de CLPA, ce travail a ete realise par l’Institut Geographique National (IGN).

– Une delimitation par recueil de temoignages (anciens habitants, pisteurs, archives, etc.) : cette enquetepermet de reporter l’extension maximale connue des emprises d’avalanches.

B. L’enquete Permanente sur les Avalanches E.P.A. Des l’annee 1900, les agents de l’administration desEaux et Forets se sont mis a consigner chaque hiver les avalanches notables sur leurs secteurs, du moins celles qui

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3.2 Le systeme EMMA

Fig. 3.6 – La carte CPLA 73.07 ARVAN-GLANDON ; Cemagref-IGN ; 1993, Source Cemagref IGN

etaient observables depuis les pieds de pentes accessibles.Dans la pratique, les observateurs consignaient manuellement les caracteristiques des evenements. En 1971, ce

systeme fut remplace par des fiches encochables. Il s’en est suivi une plus grande homogeneite dans les informationscollectees, mais aussi dans un premier temps des pertes de descriptions manuscrites qui ont ete retablies par lasuite. Il y a ainsi maintenant, et apres une revision des sites a enqueter, 4200 couloirs suivis sur le territoire ; lesreleves sont pratiques par les agents de l’ONF6.

C. Les autres sources En 1972 fut lancee l’Observation Permanente sur les Avalanches (O.P.A). Elle consis-tait a relever tres precisement les limites inferieures des avalanches sur 39 sites en France percus comme sensiblespar la presence d’equipements particuliers ou d’urbanisation. Cette observation cessa progressivement une dizained’annees plus tard.

Il existe par ailleurs, dans les services de Restauration des Terrains en Montagne (RTM) de l’Office Nationaldes Forets (O.N.F.) ainsi que dans les archives departementales ou communales, voire chez des particuliers, denombreux documents de nature tres variables : photos temoignages, coupures de presse, rapports techniques, te-moignages ecrits d’habitants, etc. ; ces informations concernent des secteurs plus vastes que ceux couverts par lesC.L.P.A ou l’E.P.A. Ces documents ne sont pas toujours utilisables directement et demandent de ce fait une etudecritique avant leur integration dans une demarche de prevention.

3.2.2.2 L’information preventive de la population

L’information preventive permet aux personnes d’etre informees sur les risques majeurs qu’elles encourent.L’Etat a mis en œuvre une politique d’information des citoyens7 qui repose sur l’elaboration de trois principauxtypes de documents :

6Office National des Forets7Decret n 90-918 du 11 Octobre 1990

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3.2 Le systeme EMMA

– un Document Departemental des Risques Majeurs (D.D.R.M), qui liste les communes concernees par lesdivers aleas. Il est diffuse a l’ensemble des communes du departement,

– un Dossier Communal Synthetique (D.C.S), qui contient l’etat des connaissances sur les risques majeurspour chaque commune,

– un Document d’Information Communal sur les Risques Majeurs (D.C.R.I.M), a destination de la popu-lation et qui definit notamment les modalites d’affichage local.

3.2.2.3 La preparation aux situations de crise

Ce sont toutes les decisions que peuvent prendre les collectivites et gestionnaires de sites, en vue de reduirela vulnerabilite a l’alea avalanche des biens et activites.

Elles sont de deux ordres :– Dans l’urgence : Le maire concourt par son pouvoir de police des missions de securite publique8.

Il appartient donc au Maire de prendre toutes les mesures qu’il juge necessaires ; cela peut aller de l’affi-chage du danger ponctuel jusqu’a l’evacuation des batiments, en passant par la fermeture d’une voie decirculation. Il informe jusqu’a l’urgence le representant de l’Etat dans le departement et lui fait connaıtreles mesures qu’il a prescrites (L.2212-4).

– Sur le long terme : Ce sont tous les moyens mis en œuvre pour reduire la vulnerabilite par l’amenagementdu territoire tels qu’ils peuvent apparaıtre par exemple dans un Plan Local d’Urbanisme (P.L.U).

3.2.2.4 La prise en compte du risque avalanche dans l’amenagement du territoire

Les mesures d’urbanisme et de construction permettent de prendre en compte le risque avalanche dansl’amenagement du territoire. Ainsi, les collectivites locales doivent prendre en compte les risques dans les documentsdont elles ont la charge et tenir compte des informations portees a leur connaissance par l’Etat comme le Plan desZones Exposees aux Avalanches (PZEA), le Plan d’Occupation du Sol (POS), et le Plan de Prevention des Risques(PPR).

Ce dernier permet de delimiter les zones concernees par les risques, d’en definir les conditions d’occupation etd’urbanisation et d’y prescrire les mesures de prevention necessaires. Le P.P.R. remplace les anciennes proceduresde prise en compte du risque dans l’amenagement.

3.2.2.5 Proposition

Les informations decrites ci-dessus (la connaissance historique des phenomenes et l’information preventive)presentent donc des elements necessaires pour la gestion du risque avalanche. Tout systeme pretendant la gestionde ces informations doit inclure la dimension spatio-temporelle intrinseque a ces donnees. La granularite des in-formations sur la vulnerabilite doit etre traitee, aussi bien dans la phase de modelisation que dans l’etape de lavisualisation, pour permettre a l’utilisateur une vue integree.

Nous developpons ci-apres notre proposition pour un systeme d’information pour la gestion des risquesd’avalanches. Le systeme s’interesse principalement a la structuration d’un ensemble de ressources (texte, bases dedonnees, images, documents historiques) relatives aux objets spatiaux presents sur le territoire, comme les parcelles,et les batiments. Egalement, Le concept de vulnerabilite, relatif aux objets batiments, a ete modelise en respectantsa granularite. Les informations historiques sont gerees dans un systeme de gestion de base de donnees, et les imagessont annotees avec du texte libre. L’exploitation du systeme s’effectue a travers trois entrees :

8Article L.2211-1 du code general des collectivites territoriales

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3.2 Le systeme EMMA

– l’affichage des couches spatiales a l’aide d’une interface cartographique qui permet la selection, la variationdes echelles d’affichages, le calcul des intersections entre les couches d’avalanches et la base de donnees desbatiments.

– l’affichage des informations historiques sur les avalanches connues sur la zone. Ces informations peuventetre affichees sur les contours d’avalanches en les selectionnant dans l’interface cartographique precedente.

– la presentation des informations sur la vulnerabilite batiment par batiment, avec une interface pour laselection de ces derniers en fonction de criteres de vulnerabilite.

Système d'Evaluation des IMeubles Menacés par les Avalanches EMMA

Service RTM

Météo France

Calcul des personnes à évacuer

Alèrte sur une avalanche

Administrateur du système

Sélectionner l'avalanche correspondante

<<communicate>>

Equipe sécurité civile

Identification des l ieux d'acceuils et moyens logitiques d'évacuation

Identifier la vulnérabilité des bâtiments

Décideur

Afficher les composantes du territoire

Utilisateur

Afficher les avalanches

Fig. 3.7 – Les cas d’utilisation dans le systeme EMMA

3.2.3 La presentation du systeme EMMA

Le systeme EMMA permet donc la gestion de l’alerte, et l’organisation de la mise en securite des populationsface au risque d’avalanche. La figure 3.7 donne les principaux cas d’utilisations presents dans le systeme.

Le tableau de bord du systeme EMMA comporte principalement trois entrees principales : le territoire, lesphenomenes et la procedure de mise en securite.

3.2.3.1 Le territoire

Le territoire est decrit par les parcelles cadastrales et le bati. Les contours correspondants ont ete extraitsde la base de donnees cadastrale de la Direction Generale des Impots, avec des difficultes liees d’une part au faitque cette base de donnees comporte des informations protegees par la loi informatique et liberte, et d’autre part,a ce qu’elle est referencee sur les parcelles cadastrales et non sur les adresses communales, et enfin au fait qu’elle

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3.2 Le systeme EMMA

n’est pas a jour. Les constructions recentes d’une part et les divisions recentes du patrimoine ne sont pas en effetprises en compte. De plus, seuls sont references les batiments prives, imposables. Enfin, les hotels, lieux essentielsdans l’evaluation de la capacite d’accueil, n’ont pas leur capacite d’accueil renseignee.

Par ailleurs, la base de donnees DGI est encombree de renseignements sans aucun rapport avec l’objectifpoursuivi ici (voir plus en detail la source DGI dans l’annexe A.3). Pour parachever la description du territoire, ila fallu caracteriser le degre de vulnerabilite des divers batiments d’accueil par rapport aux phenomenes pressentis.Cette vulnerabilite est difficile a caracteriser finement et completement. Il a ete resolu de determiner immeublepar immeuble le type de dispositions a prendre pour assurer la securite des occupants. Cette determination reposeessentiellement sur l’experience des services communaux, relayes par le service RTM. Elle s’appuie sur le plan desecours existant, sur les dispositions particulieres ou reglementaires propres a chaque immeuble (volets metalliques,ouvertures des facades exposees, acces. . .). Quatre options ont ete definies dans un premier temps : confinement,deplacement vers un local ad hoc, deplacement vers les etages ou evacuation vers un lieu d’accueil predetermine.

3.2.3.2 Le phenomene avalanche

En l’etat actuel de la recherche, l’identification des couloirs d’avalanches et de leur extension releve essen-tiellement de l’approche historique. Des zonages reglementaires ont ete proposes a plusieurs reprises ces dernieresannees et le dernier est en train d’etre acheve dans le cadre du Plan de Prevention des Risques (PPR). Les contoursprevisibles des avalanches ”ordinaires”, ”peu frequentes” ou ”exceptionnelles” y sont proposes. Il y en a presde quatre vingt sur le territoire communal.

Fig. 3.8 – Denombrement des personnes a mettre en securite

Les contours proposes, avec leurs trois extensions, selon la frequence prise en compte, peuvent etre selec-tionnes, puis affiches par le systeme qui offre egalement un acces direct au texte de l’analyse historique et auxarguments des responsables de la determination de ces contours. Tous ceux qui sont en mesure de donner un avispertinent sur la question peuvent ainsi le faire. Le responsable de la securite peut donc, a l’annonce de previsionsmeteorologiques dangereuses, selectionner tous les couloirs qui lui semblent devoir activer et leur affecter une exten-sion probable (voir figure 3.7 qui represente les cas d’utilisation du systeme). Naturellement, il serait souhaitableque cette selection soit aidee par des previsions meteorologiques locales plus fines.

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3.2 Le systeme EMMA

A Val d’Isere, comme dans de nombreuses autres stations, il existe un nombre important de postes de mesuresassocies notamment aux equipements de remontees mecaniques : il serait interessant si toutes les donnees pouvaientetre centralisees et mises a disposition de l’organisme designe pour affiner les previsions locales.

3.2.3.3 Les procedures de mise en securite

A. Le positionnement et le denombrement des personnes concernees Une fois le territoire et les phe-nomenes sont caracterises, il reste a estimer le nombre et la localisation des personnes a mettre en securite et adeclencher les operations correspondantes.

La figure 3.8 montre comment le systeme identifie les immeubles touches, et en tenant compte des precautionsparticulieres predeterminees dans chaque immeuble, evalue le nombre de personnes a evacuer. Le denombrementpropose est evalue par defaut en se referant a la capacite d’accueil maximale. Naturellement, le taux reel d’oc-cupation varie selon les saisons, selon l’heure, selon le rythme journalier, qui dependent eux-memes de beaucoupd’autres facteurs.

B. L’identification des lieux d’accueil et des voies et moyens logistiques d’evacuation :Pour les personnes que l’on doit evacuer, il faut s’assurer des procedures correspondantes, et des modalites

de regroupement, de transport et d’accueil. Les points de rassemblement sont donc identifies ainsi que les lieuxd’accueil, qui sont en nombre limite, mais aux capacites et a l’equipement satisfaisants. IL reste ensuite a s’assurerque les voies sont degagees et que les transports sont possibles a l’ecart des voies menacees par les memes avalanches.

Le système

EMMA

Le module

cartographique Le module

d'information sur les

bâtiments

Le module de Vulnérabilité

Le module d'identification des personnes

à évacuer

Fig. 3.9 – Les modules du systeme EMMA

3.2.4 L’architecture et les modules du systeme EMMA

Le systeme EMMA se presente donc comme un systeme pour la gestion de l’alerte et l’organisation de la miseen securite des populations. Pour realiser ces objectifs, quatre modules complementaires ont ete developpes(figure3.9) :

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3.2 Le systeme EMMA

BD DGI

BD cadastrales

BD Touristiques

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historiques

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Cartographie du risque avalancheNavigation des donnéesInterrogation des données

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Photos

Croquis

Fig. 3.10 – Architecture du systeme EMMA

– Mettre a disposition de l’utilisateur l’ensemble des elements qui constituent le territoire, lui permettre deselectionner les couloirs avalanches et de visualiser une description de chacun des couloirs selectionne : Lemodule cartographique.

– Informer les decideurs sur chaque batiment du territoire concerne, en rassemblant les informations surles batiments necessaires a l’analyse de la vulnerabilite, et les mesures de mises en securite pour chaquebatiment en fonction du type d’avalanche : Le module d’information sur les batiments.

– Renseigner sur les impacts historiques des avalanches sur les batiments, et les mesures de protection deces derniers : Le module de Vulnerabilite.

– Permettre aux decideurs de denombrer les personnes en danger si les conditions meteorologiques favorisentle declenchement d’une avalanche : Le module d’identification des personnes a evacuer.

Avant de detailler Ces modules, nous presentons l’architecture du systeme.

3.2.4.1 L’architecture du systeme EMMA

Le systeme EMMA est un systeme qui a ete concu pour permettre a plusieurs acteurs de contribuer a lagestion des risques d’avalanches, et d’acceder aux informations contenues dans le systeme afin de mieux connaıtrela vulnerabilite des personnes et des biens. Quatre elements sont a distinguer dans l’architecture (figure 3.10) : Lesacteurs ou les utilisateurs, la couche de presentation, la couche d’acces aux donnees, et finalement la couche desdonnees.

A. Les utilisateurs :Differentes categories d’acteurs peuvent intervenir dans le systeme EMMA. Il y a d’abord les acteurs qui vont

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3.2 Le systeme EMMA

renseigner le systeme en lui fournissant des informations sur le possible declenchement d’une avalanche ; les servicesRTM apportent, en complement aux specialistes de la commune, leur experience des phenomenes, des enquetes etde la cartographie, avec en particulier les derniers elements consolides de la procedure PPR (Plan de Prevention desRisques) en voie d’achevement. Meteo France peut contribuer en offrant une prevision a une echelle plus localea laquelle les phenomenes d’avalanches sont pris en compte (figure 3.7). Une seconde categorie d’acteurs consulteles informations afin de decider de l’evacuation des personnes en danger, c’est le cas des elus et des services desecurites civiles, qui disposent a travers le systeme EMMA, d’un ensemble d’elements d’informations pour connaıtrela gravite d’une avalanche. Le systeme permet egalement la consultation de l’historique des avalanches.

B. Les sources de donnees :Trois categories de donnees sont presentes dans le systeme EMMA : les donnees cartographiques (figure 3.11),

les donnees non cartographiques, et les donnees multimedia.

B.1. Les donnees cartographiques :

Fig. 3.11 – Les informations gerees par le systeme EMMA

– Les contours avalanches– Les elements sur le territoire : Orthophoto, carte IGN au 1/50 000, MNT,– Les elements sur les enjeux : le plan des parcelles et batiments

B.2. Les donnees non cartographiques :– Des fichiers descriptifs des avalanches et leur historique– Une base de donnees descriptive des batiments et de leur vulnerabilite (voir Section 3.2.4.3)

B.3. Les donnees multimedia :Un ensemble de donnees images est utilise dans le systeme, une partie pour la description des batiments, et

une autre categorie pour decrire les parties des batiments menacees directement par les avalanches.

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3.2 Le systeme EMMA

Fig. 3.12 – L’interface graphique pour affichage des elements du territoire

3.2.4.2 Le module cartographique

Pour mieux gerer un risque naturel, on a souvent besoin de connaıtre avec precision les elements qui consti-tuent le territoire. Le systeme gere un ensemble d’elements qui decrivent la zone d’interet et les affiche pourrenseigner l’utilisateur sur le territoire. Plusieurs informations sont integrees comme un fond cartographique : Leplan cadastral de la direction generale des impots (DGI), la carte IGN au 1/50 000, une orthophoto de la zone, etc.Le systeme permet egalement de visualiser et de selectionner les couloirs avalanches, et d’afficher pour chaque cou-loir d’avalanche selectionne une description detaillee sur l’historique de l’avalanche, ses impacts, et ses occurrences(figure 3.12).

3.2.4.3 Le module d’information sur les batiments

Les batiments sont les elements les plus importants a decrire avec plus de precision. Aucune source disponiblen’offre a elle seule toutes les informations necessaires pour les decrire. Des problemes d’heterogeneite dont il fauttenir compte, subsistent . Les principales sources d’heterogeneite rencontrees dans ce cas sont :

– une discordance de type : par exemple, une meme donnee peut etre de type numerique dans une source,et de type caractere dans une autre ; dans une source, un attribut peut etre mono-value, et multi-valuedans d’autres.

– une heterogeneite de definitions, avec une difference de formats (date par exemple), et d’unites.

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3.2 Le systeme EMMA

(a) Interface d’informations sur les batiments (b) Affichage de l’historique des avalanches

Fig. 3.13 – Interfaces d’affichage du systeme EMMA

– l’existence d’informations incompletes, de synonymes, d’homonymes, d’erreurs de saisies.– des periodes de mises a jour des donnees differentes d’une source a une autre.– une difference dans les modes projections et les representations geometriques des objets geometriques : le

meme element geographique peut etre modelise de differentes manieres.– la diversite des formats proprietaires de donnees (Mif/Mid, E00, Shapefile par exemple). Dans le present

systeme, cette diversite a ete resolue partiellement en utilisant des traducteurs de formats de donnees.Ce probleme est d’autant plus important dans le cas de la gestion des risques naturels, ou le decideur a

besoin de connaıtre plusieurs parametres afin de mieux agir en cas de catastrophe naturelle. Chaque batiment doitalors etre decrit en terme de sa population, de sa structure, des conditions de sa construction, et des mesures desecurite prise pour le proteger d’eventuels avalanches. Les informations disponibles dans ce module peuvent etreregroupees dans les categories suivantes (figures 3.13(a) et 3.14) :

– des informations pour l’identification du batiment– des informations de mise a jour– des informations sur les personnes relais– des informations sur les personnes correspondants– le choix de mise en securite en fonction de la gravite de l’avalanche– des images annotees decrivant les batimentsCe module a ete complete en ajoutant les donnees en provenance de la base de donnees des proprietes baties

et non baties de la DGI, decrivant avec plus de details les informations sur la nature de la construction et leselements constitutifs de chaque batiment.

Le systeme permet de visualiser ces informations et de les relier avec les autres informations existantes dansle systeme (les contours d’avalanches).

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3.2 Le systeme EMMA

Fig. 3.14 – Le schema de la base de donnees sur les batiments

3.2.4.4 Le module d’information sur les avalanches

Ce module renseigne sur l’historique des avalanches qui ont touche la commune (figure 3.13(b)). Il permeta l’utilisateur d’acceder a un ensemble important d’informations (textes, images, etc) sur les avalanches, et leursimpacts de reference sur le batiment en se basant sur les informations recueillies du Plan de Prevention de Risques.

L’acces aux informations sur les avalanches est assure par une selection directe sur l’ecran des couloirsd’avalanches, par un affichage textuel des informations sur le secteur touche, par une presentation en texte libre del’avalanche, de son historique, des protections existantes, et finalement les phenomenes de references. Des imagessur les avalanches peuvent egalement etre accedees.

Ces informations descriptives en texte libre sur les avalanches, posent le probleme de la confusion semantique,par la presence de termes heterogenes, puisque les relations semantiques entre ces concepts ne sont pas renseigneesdans le systeme. Une structuration de ces termes ainsi que leurs relations est proposee dans une approche baseesur l’ontologie dans la suite du document (Section 4.4).

3.2.4.5 Le module de Vulnerabilite

Pour evaluer l’interaction entre le phenomene et les elements exposes (les batiments dans notre cas), on serefere a la notion de la vulnerabilite. Cette vulnerabilite a de nombreuses composantes : economiques (les mieuxapprehendees), mais aussi structurelles, sociales, culturelles, etc.

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3.2 Le systeme EMMA

Fig. 3.15 – Affichage des informations sur les avalanches qui touchent le batiment selectionne

Ce module (figure 3.15) decrit quatre categories d’informations necessaires pour evaluer la vulnerabilite desbatiments :

– Une estimation de l’impact de l’avalanche de reference sur le batiment : Cette partie permet d’abordd’attribuer a chaque batiment l’ensemble des avalanches connues susceptibles de le toucher. Pour chaqueavalanche, l’utilisateur peut acceder aux informations relatives a l’historique de l’avalanche et aux impactsde l’avalanche sur le batiment. D’autres parametres s’ajoutent pour decrire la reduction ou l’aggravationdu risque d’avalanche en fonction du role ecran ou reflecteur du batiment.

– Les protections individuelles et apparentes du batiment : Cette partie decrit une liste des mesures regle-mentaires paravalanches d’ordre individuel et facilement observables. Ces mesures sont decrites pour lesfacades du batiment directement exposees, et les facades laterales exposees. La conformite du batimentest renseignee pour chacune de ces facades.

– L’exposition du batiment et des abords a l’avalanche de reference : Quatre expositions, avec une valeur deforte, moyenne, faible, et negligeable, sont decrites dans cette partie :

1. Exposition a l’interieur du batiment

2. Exposition devant les entrees du batiment

3. Expositions des abords fonctionnels

4. Expositions des acces jusqu’aux plus proches habitations.

– Des images annotees : decrivant les parties du batiment susceptibles d’etre touchees par l’avalanche dereference

L’impact de l’avalanche sur l’objet batiment est une relation complexe qui depend a la fois des caracteristiquesde l’avalanche et de la sous partie du batiment qui est concernee. Une proposition de la modelisation de cette relationest donnees dans la section 4.4 consacree a la proposition d’une ontologie pour les risques naturels.

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3.2 Le systeme EMMA

3.2.4.6 Le module d’estimation pour l’evacuation des personnes en danger

Ce module permet de calculer le nombre de personnes a evacuer, et qui sont menacees par une avalancheselectionnee (Voir algorithme 1). Il reste ensuite a declencher les operations correspondantes.

Algorithme 1 Estimation des personnes a evacuer suite a une alerte d’avalanche1: NPE=0 {Intialiser le nombre de personnes a evacuer}2: NI=0 {Intialiser le nombre d’immeubles}3: Selectionner le contour d’avalanche concerne4: for all Immeuble do5: Verifier si il est touche par le contour d’avalanche selectionne {En realisant des tests d’intersections entre le

contour de l’avalanche et la geometrie de l’immeuble en cours}6: if Immeuble.Geometrie ∩ Avalanche.Geometrie 6= Ø then7: Immeuble=Touche8: NI ⇐ NI + 19: NPE ⇐ NPE + Immeuble.NombreHabitant

10: end if11: end for

3.2.5 Conclusion

Le systeme EMMA est un systeme destine a la gestion de la securite des personnes soumises a un risqued’avalanche en cas de circonstances meteorologiques dangereuses en station de sports d’hiver. Plus qu’un plan desecours classique, le systeme offre des fonctionnalites de structuration et de traitement en temps reel de parametrescomplexes et evolutifs representatifs de l’occupation des lieux, de l’extension et des caracteristiques des phenomenes,et enfin des logistiques de mise en securite. Il permet aussi de simuler divers scenarios evenementiels et d’affiner lapreparation des acteurs face a ces scenarios.

Plusieurs extensions peuvent etre etudiees pour ameliorer les fonctionnalites du systeme. Nous exposons iciquelques unes qui nous paraissent importantes :

– Introduction de parametres temporels de frequentation : La notion temporelle est tres importante puisqueles decisions a prendre en terme d’evacuation dependent de l’occupation des personnes (le rythme biolo-gique) au moment de la prise de decision.

– Prise en compte d’autres risques naturels : Le systeme cree peut facilement etre generalise a l’ensemble desrisques naturels et technologiques qui menacent une commune. Ceci est possible en rajoutant les couchesd’informations relatives a ces risques, et en redefinissant la vulnerabilite des batiments en fonction durisque.

– Integrer d’autres sources existantes sur les batiments : D’autres sources de donnees peuvent etre interes-santes, notamment en ce qui concerne les informations sur les batiments et leur vulnerabilite (DGI, BDIGN, etc). La source de la DGI (Fichier des proprietes baties et non baties) contient un ensemble d’infor-mations precieuses sur la vulnerabilite des batiments (voir annexe A.1) ; l’integration de ces informationsentraıne neanmoins un certain nombre de contraintes, puisque l’unite decrite par cette source est le local,une notion qui est differente du batiment. Une etape de preparation des donnees et de consolidation estnecessaire afin d’integrer cette source dans le systeme. L’heterogeneite des structures de donnees com-plique la conception de ce type de systeme. Il existe des donnees fortement structurees dans des bases

- 61 -

3.2 Le systeme EMMA

de donnees (BD Carto9 de l’IGN), mais egalement de nombreuses autres informations non structurees(photos, temoignages d’habitants, croquis, etc). Par ailleurs, d’autres donnees sont stockees sur supportinformatique depuis des annees, sous une forme difficilement exploitable en l’etat. Un retraitement de cesdonnees s’avere alors necessaire pour une meilleure exploitation du contenu.

– Les tests de stabilite : Ils apportent des donnees qui pourraient s’averer tres interessantes pour un modele deprevision locale des avalanches. Ces donnees presentent en effet de nombreux avantages : elles constituentune synthese tres concise de nombreux parametres nivologiques, et sont faciles a stocker et a manipulerpar un systeme informatique. Elles se pretent a de nombreux traitements numeriques, y compris au calculstatistique, et surtout, elles equivalent presque a un diagnostic. L’information fournie par un test de stabilitesemble donc tres interessante, au moins pour conforter les diagnostics elabores par un modele.

Outre la diversite des donnees, le developpement d’une nouvelle application sur les risques naturels necessitegeneralement la prise en compte de nombreux autres parametres que sont les acteurs et leurs besoins, ainsi queles eventuels outils logiciels preexistants. D’ou le besoin d’un systeme global capable de repondre aux besoins desdifferents acteurs, dans le cadre d’une plate-forme unique, en leur donnant acces a toutes les informations et lesconnaissances necessaires, et en respectant la specificite de chacun des acteurs.

9Base de donnees cartographiques de l’IGN

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3.3 Le systeme SysPPR


3.3.1 Introduction

Pres d’une commune francaise sur deux est susceptible d’etre affectee par des risques naturels. La frequencedes catastrophes survenues depuis les inondations de l’ete 1992 et le constat d’un accroissement de la vulnerabiliteen depit de la mise en place de dispositifs reglementaires successifs ont conduit les pouvoirs publics a renforcerla politique de prevention des risques naturels. Un des outils mis a disposition des decideurs est celui du Plan dePrevention des Risques (PPR).

A la faveur de la realisation d’un Plan de Prevention des Risques naturels sur la commune, nous avonsdeveloppe un systeme communal de gestion des risques qui permet, au-dela des affichages traditionnels, de donneraux divers acteurs de la prevention les moyens de gestion et d’appropriation autour des phenomenes pressentis etde leurs consequences previsibles en matiere de dommages, dysfonctionnements et prejudices.

Tout en permettant l’affichage requis par les regles administratives de presentation du PPR, le systemecouvre les besoins du DICRIM10 et du Plan Municipal de Secours. Facile a maıtriser pour ses divers utilisateurspotentiels comme l’administration, les collectivites et meme, sous certaines conditions, la population concernee, lesysteme permet aussi des actualisations aussi frequentes que necessaires des donnees et de leurs interpretations enterme de gestion (figure 3.16).

La représentation cartographique du territoire

La vision 3D du territoire

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Analyse morphologique du territoire

Citoyen La communication et l'information

Le maire

L'évaluation quantifiée des pertes et préjudices

Information sur l'occupation du sol et du sous-sol

L'aide à l'identification des aléas

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Gestionnaire du risque

La caractérisation des enjeux et de leur vulnérabilité

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Fig. 3.16 – Les cas d’utilisation du systeme PPR

10Dossier d’Information Communal sur les RIsques Majeurs

- 63 -


3.3.2 L’approche traditionnelle d’un Plan de Prevention ”multirisques”

Pour mettre en œuvre l’approche traditionnelle et reglementaire de ce type d’etudes, il faut naturellementanalyser tous les evenements passes et en comprendre les causes, prendre en compte tous les elements physiques duterritoire, et essayer de discerner la localisation et les conditions d’occurrence des principaux types de phenomenespressentis. Tout cela aboutit a ce que l’on appelle aujourd’hui la carte d’alea.

Il faut simultanement rendre compte de la repartition spatiale des biens, activites et personnes susceptiblesde subir des dommages, des dysfonctionnements ou des prejudices si l’evenement redoute vient a se produire.Ces elements sont reunis sous le terme d’enjeux ou elements exposes. Il faut enfin porter un pronostic sur lavulnerabilite de chacun de ces enjeux face aux diverses formes de manifestation et de localisation des phenomenes.

Ce sont des taches extremement complexes que l’on a en general tendance a simplifier abusivement d’autantque les moyens et les delais disponibles pour de telles etudes sont le plus souvent tres modestes. De plus, et endepit des consequences administratives et juridiques extremement contraignantes de tels documents, les argumentsne sont que tres rarement et tres insuffisamment explicites, donc difficilement revisables ou discutables par lescollectivites concernees.

Ces difficultes expliquent la lenteur de mise en œuvre de ces procedures et la perplexite et l’inquietude desmaires devant leurs responsabilites en la matiere et, par exemple, devant les nouvelles taches qui leur incombent,notamment en ce qui concerne les DICRIM et les Plans Municipaux de Secours.

SysPPR a essaye d’apporter un debut de solution a une partie de ces problemes. Ce systeme est articuleautour de cinq fonctionalites :

– la structuration des donnees disponibles,– l’aide a l’identification des aleas,– la caracterisation (typologie, repartition spatiale et temporelle) des enjeux et de leur vulnerabilite,– l’evaluation quantifiee des pertes et prejudices,– la communication et l’information.

3.3.3 Presentation du systeme SysPPR

La figure 3.17 presente les differents composants du systeme SysPPR.

3.3.3.1 Les utilisateurs

Le systeme SysPPR est un systeme communal de gestion des risques qui permet, au-dela des affichagestraditionnels, de donner aux divers acteurs de la prevention les moyens de gestion et d’appropriation autour desphenomenes pressentis et de leurs consequences previsibles en matiere de dommages, dysfonctionnements et preju-dices. Ces acteurs sont principalement l’administration, les collectivites et la population concernee.

3.3.3.2 la structuration des donnees disponibles

A. Les representations cartographiques du territoire Si le support des PPR reste trop souvent la carteIGN a 1/25.000eme, son expression reglementaire devrait se faire sur fond cadastral. Meme si toutes les communesne beneficient pas encore du cadastre numerise, il est assez facile de georeferencer, au moins approximativementles fonds cadastraux papier et d’y reporter le zonage issu de la demarche. Au fond IGN, peuvent s’ajouter d’autressources geographiques utiles pour l’apprehension du territoire (figure 3.18 ) : le cadastre numerise, la carte geo-logique, l’orthophoto, et d’autres cartes de la region a condition de les georeferencer avant de les utiliser dans lesysteme.

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Photos

Croquis

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BD cadastrales

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BD cadastrales

historiques

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Données et traitementsVisualisation

AdministrateurAdministrateur

Identification

de l’aléa

Cartographie de l’aléa

Analyse 3D du territoire

Cartographie des éléments

exposés

Évaluation

Évaluation des pertes et

préjudices

Évaluation de la vulnérabilité

Gestionnaire du risqueGestionnaire du risque

Fig. 3.17 – Architecture du systeme PPR

B. La vision 3D du territoire et l’analyse morphologique : La vision 3D du territoire n’est generalementconsentie qu’au geologue ou au geomorphologue dans son travail de preparation ou de synthese finale. L’utilisationde la photogrammetrie est donc primordiale pour une scrutation precise du territoire, le recueil et la localisationd’informations precieuses. Cela permet tout aussi bien, et toujours en relief, de montrer les limites d’une zonedangereuse et de s’assurer de leur bonne perception par les personnes concernees. Il est egalement possible de fairepartager une vision de la tridimensionnalite du paysage avec des pseudo-images obtenues en drapant une orthophotosur un modele numerique de terrain, mais cela ne constitue qu’un artifice de communication.

C. L’occupation et l’utilisation du sol et du sous-sol : L’occupation du sol et son utilisation sont rensei-gnees dans les bases de donnees traditionnelles classiques de type DGI11, SIRENE12 ou INSEE13. Des lors que lacommune possede un cadastre numerise, il est possible d’acceder a ces donnees pour les traiter a diverses fins.

D. Les donnees multimedia : Naturellement, toutes les images, voire sessions video, disponibles sur le ter-ritoire communal peuvent etre accessibles a partir de leur localisation spatiale, et reciproquement. Ainsi on peutacceder par exemple a la photographie d’un immeuble pour mettre en evidence sa vulnerabilite a telle ou telle

11Direction Generale des Impots12La base de donnees des entreprises et des etablissements13Institut National de la Statistique et des etudes economiques

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Fig. 3.18 – Un extrait des donnees gerees par SysPPR

sollicitation. Le systeme permet d’acceder a un ensemble de documents multimedia (notamment des documentsimages) decrivant l’historique des phenomenes naturels touchant le territoire concerne.

E. La selection et l’integration des divers documents pertinents : Au-dela de l’affichage des imagesdisponibles, le systeme permet la recherche de tous les documents pertinents vis-a-vis de la problematique deprevention des risques. Ceux-ci peuvent etre des articles, rapports, publications traitant d’evenements passes, desreglements, une jurisprudence, des recommandations, et meme des documents sur la connaissance scientifique ettechnique des phenomenes. Tous les documents sont alors affichables, a partir de menus, dans une fenetre dusysteme. Ils sont traites en hyper-documentation.

3.3.3.3 l’aide a l’identification des aleas

Lorsque l’on cherche a identifier sur un territoire donne les zones ou sont susceptibles de se produire desphenomenes dangereux (aleas), il convient de rechercher d’abord les facteurs de predisposition et de discerner leszones ou ces facteurs se conjuguent pour qu’il y ait forte presomption de voir se manifester un tel phenomene,puis, de surveiller les facteurs aggravants ou declenchants qui permettront cette manifestation (figure 3.19). Ceciest realisable en utilisant un certain nombre d’outils et de traitements qui permettent d’operer une preselectiondes zones de presomption pour chaque categorie de phenomenes (voir la Section suivante pour le module IRIS parexemple ).

A. IRIS : Indice Regionalise de presomption d’InStabilite Le module IRIS a ete developpe pour letraitement de l’instabilite des pentes ou la propagation des ecroulements rocheux. Il ne s’agit toutefois que depre-selections qui doivent faire l’objet de verifications sur le terrain.

le module IRIS calcule un indice d’instabilite prenant en compte la pente, l’epaisseur pressentie de materiauxmeubles et les caracteristiques previsibles de ces materiaux, ainsi que d’eventuelles variations du niveau de l’eaudans les terrains concernes ou une acceleration sismique pseudo statique. Il permet de produire un modele numeriqueregionalise de cet indice a partir duquel on peut tracer des cartes en selectionnant des seuils.

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Fig. 3.19 – Affichage des zones menacees par les inondations et les mouvements de terrain

Les calculs effectues par ce module sont realises a partir de couches d’informations spatiales, principalementde type raster, comme le modele des pentes extrait a partir de modele numerique de terrain. Les informations surles pentes sont combinees avec les informations sur le niveau d’eau et la geologie, par des calculs geometriques etdes intersections spatiales, pour fournir la distribution spatiale de la valeur de l’indice de l’instabilite. La nature desdonnees et la complexite des calculs font que cette operation est tres couteuse en termes de temps et de ressources.

A Megeve, par exemple, ces traitements ont ete utilises pour determiner, parcelle par parcelle, un indiced’instabilite ou un indice d’exposition a des chutes de blocs.

Les figures dans 3.20(a) et 3.20(b) montrent comment, en selectionnant une parcelle, le systeme permetd’afficher automatiquement l’indice calcule, puis de traduire la variation territoriale de cet indice, sous forme declasse, par affectation de couleur aux parcelles.

3.3.3.4 La caracterisation des elements exposes et de leur vulnerabilite

Des lors que l’on maıtrise la delimitation cadastrale des parcelles et que l’on se donne les moyens d’accederaux principales bases de donnees deja citees, on peut trouver dans ces bases des elements interessants pour lacaracterisation des enjeux (type de construction, type d’utilisation, elements de valeur, elements de population...).On y trouve aussi d’autres renseignements revelateurs de la vulnerabilite a une sollicitation donnee (etat d’entretien,annee de construction, murs porteurs, toits...). Cela permet une analyse fine de la typologie des enjeux, et, a

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(a) Selection d’une parcelle et affichage de l’indice de presomp-tion d’instabilite correspondant

(b) Selection d’une echelle de couleurs et affichage des classes d’indicesur le territoire

Fig. 3.20 – Exemples d’applications de l’indice IRIS dans le systeme SysPPR

condition de beneficier de l’experience necessaire, la creation de ”fonctions” de vulnerabilite associant a chaque typed’element en jeu un degre d’endommagement, de dysfonctionnement ou de prejudice dependant de la sollicitationapportee par le phenomene redoute.

3.3.3.5 L’evaluation quantifiee des pertes et prejudices

Une fois etablies les fonctionalites ainsi decrites, on peut, pour une extension et un mode de manifestationd’un phenomene naturel dangereux, etablir la liste de toutes les parcelles menacees, evaluer parcelle par parcellele niveau de dommage previsible, ensuite, en traitant les elements de valeur, economiques ou non economiques desenjeux concernes, etablir un bilan consolide des pertes potentielles sur la zone touchee (figure 3.21 ).

3.3.3.6 La communication et l’information

Le systeme constitue un moyen efficace d’expliquer la demarche d’analyse territoriale, d’en justifier les conclu-sions et de faciliter l’information des populations concernees. Au-dela de la presentation devant un conseil, le systemeest un outil de communication et d’information vis-a-vis des populations exposees, meme s’il faut eventuellementlui faire subir quelques adaptations ou simplifications.

3.3.4 Bilan et perspectives

De tres nombreux plans de prevention des risques naturels ont ete etablis en France depuis une vingtained’annees. En depit des efforts consentis par leurs instructeurs, ils souffrent de plusieurs insuffisances. Etablis avec desmoyens insuffisants, ils se traduisent par un zonage du territoire et des reglementations souvent trop peu explicites,mal adaptees, contraignantes est assez peu efficaces quant a l’appropriation du risque par les populations concernees.SysPPR a voulu depasser cette vision simpliste du Plan de Prevention des Risques pour montrer comment, gracea une certaine maıtrise de moyens modernes informatiques, on pouvait depasser le stade de la simple expression

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Fig. 3.21 – Bilan des elements de valeur affectes pour une zone d’alea definie

cartographique, pour construire de veritables systemes d’aide a l’analyse territoriale, a la prise de decision, et memea l’elaboration de plans de prevention et de secours communaux.

Puisque les plans de prevention des risques sont construits sur la base d’une concertation entre pouvoirspublics, elus, riverains, et autres composantes concernees de la societe ; l’absence d’un vocabulaire commun est sou-vent considere comme un obstacle pour la coordination entre ces differents acteurs. En effet, les champs d’expertisesdes acteurs concernes sont particulierement divers : scientifiques, geologues, hydrauliciens, elus, urbanistes, amena-gistes, etc. Chaque expert utilise un vocabulaire particulier (une terminologie precise commune n’existe pas). Il n’ ya pas de regle pour aider a utiliser un terme. Toutes ces raisons entraınent le besoin d’une terminologie consistante,complete, et unifiee, qui peut etre utilisee dans des applications relevant de la gestion des risques naturels.

La construction d’une ontologie est donc un element cle pour une structuration semantique des informationsheterogenes portant sur le domaine des risques naturels. Elle permet une specification commune et formelle desconcepts du domaine. Une ontologie est caracterisee non seulement par la specificite du domaine et les besoinsapplicatifs, mais aussi par sa richesse d’expressivite allant d’un simple vocabulaire, jusqu’a de veritables bases deconnaissances, en passant par un thesaurus.

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3.4 Le systeme GeoInfo


3.4.1 Introduction

L’utilisation de l’outil informatique dans le cadre des etudes geotechniques s’est generalisee au cours desdernieres decennies, comme dans tous les domaines de l’ingenierie. Elle a permis d’automatiser un grand nombred’operations elementaires effectuees par l’ingenieur au cours de l’etude geotechnique : la generation automatiquede feuilles de sondages, l’analyse statistique d’un jeu de donnees ou le calcul d’une fondation en sont des exemples.Ces taches elementaires sont toutefois realisees independamment les unes des autres a l’aide d’outils informatiquesindependants les uns des autres et ne reconnaissant pas les memes formats de donnees.

Divers systemes de cartographie geotechnique ont ete developpes depuis une trentaine d’annees, mais avec unsucces limite. Une partie des difficultes vient de la tridimensionnalite du milieu, que la cartographie traditionnellen’arrive pas a representer convenablement. Une autre difficulte est liee au fait que rien n’existe aujourd’hui, aquelques rares exceptions, pour traiter les dossiers de recolement14 des ouvrages.

Il n’existe enfin que tres peu ou pas de logiciels adaptes a la description geotechnique du sous-sol, meme sides modeles geologiques tridimensionnels performants issus des methodes minieres ou petrolieres sont quelquefoisproposes. De plus, a cote de la description et de la localisation spatiale des ouvrages et sondages, il faut structureret rendre disponible l’experience du passe. Cela concerne la memoire des evenements dommageables ou celle desamenagements anciens plus ou moins disparus aujourd’hui. Cela concerne aussi l’aide a la gestion des risquesd’origine naturelle ou anthropique, au moins pour la part qui releve de la geotechnique ou de l’hydrologie. Nousdonnons ci-dessous un bref apercu sur les elements de la description geotechnique du sous-sol.

3.4.2 La description geotechnique du sous-sol

Dans beaucoup de villes toutefois, on a une vision d’ensemble relativement bonne, meme si elle reste tresimprecise, de la repartition spatiale des diverses couches du sous-sol. Rien n’empeche de faire des hypotheses etdes interpolations entre points connus pourvu que ces hypotheses et les methodes d’interpolation soient clairementexplicitees, aisement revisables et que l’on maıtrise bien la variabilite des resultats quand on modifie les hypotheses.Tout cela est parfaitement possible aujourd’hui a condition de se doter d’outils de gestion simples pour le faire.

De nombreux traitements spatiaux peuvent etre appliques aux resultats des reconnaissances geotechniques.Ces traitements peuvent etre utilises pour assister a la production des coupes geologiques georeferencees. Ainsi,les parametres geotechniques issus de l’exploration de la surface ou du sous-sol peuvent etre georeferences avec unMNT15 pour fournir des coupes geologiques et des strates geologiques 2D ou 3D. Un autre exemple est celui del’application de modeles d’interpolation afin d’identifier la structure du sous-sol dans des zones non couvertes parles mesures.

L’interet d’utiliser un systeme d’information a reference spatiale pour gerer les donnees geotechniques peutetre resume dans les points suivants :

– assurer une bonne gestion du deroulement des travaux geotechniques en verifiant en continu la disponibilitede l’information, en suggerant de nouvelles compagnes a entreprendre pour repondre aux besoins de l’etude.

– combiner et superposer les couches d’informations pour evaluer l’adequation des parametres critiques etla compatibilite des sites ou des alternatives proposes.

– et assigner des valeurs quantitatives tel que quantifier la fiabilite et l’incertitude pour des applicationsspecifiques de conception.

14Le recolement, a ne pas confondre avec recollement, est une operation qui consiste a verifier des objets contenus dans un inventaireou une saisie. Dans le cadre de l’amenagement urbain il s’inscrit comme l’une des actions de construction d’un ouvrage.

15Modele Numerique de Terrain

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3.4.3 L’information geotechnique

L’information geotechnique est indispensable pour les etudes d’amenagement et pour la comprehension desrisques naturels, comme les mouvements de terrain, qui sont lies a la geologie et la structure du sous sol. Lesagences locales et nationales, les universites, et les entreprises ont besoin de cette information pour une multituded’applications d’ingenierie civile et d’amenagements urbains, comme la cartographie des risques naturels.

Les donnees utilisees et produites par les etudes geotechniques sont de nature tres variee. On y trouvedes rapports papiers (voir figure 3.22 pour un log16 de sondage), des cartes, des photographies aeriennes, etc.L’integration de ces donnees, en vue de realiser les analyses et les interpretations necessaires, avec des photos, desnotes, des forages, et d’autres donnees specifiques necessite un effort considerable durant la realisation de l’etude.

Fig. 3.22 – Exemple de log de sondage

Une des principales sources d’information geotechniques est le sondage geotechnique. Les sondages geo-techniques sont des forages verticaux effectues dans le sol dans le but d’obtenir des echantillons du sol, et pourdeterminer les materiaux de la roche, la stratigraphie, les conditions d’eau souterraine et les proprietes du sol.

16On designe par le terme log tout enregistrement continu des variations, en fonction de la profondeur, d’une caracteristique donneedes formations traversees par un sondage (Encyclopedie Unversalis).

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Bien que les operations de forage soient assez couteuses, le sondage reste le moyen le plus populaire pourobtenir des informations du sous sol. Ce type de donnees varie du log de sondage basique contenant un rapportd’inspection visuel du sol, aux sondages composites les plus sophistiques combinant le rapport visuel et les testsin-situ, les tests geotechniques de laboratoire, et les tests geophysiques.

Un volume enorme de donnees geotechniques est donc genere annuellement a partir des projets d’ingenierie.Les donnees et les resultats des sondages sont publies sous formes de rapports papiers, sans les donnees numeriquesproduites sur le terrain. Naturellement, le partage des donnees sous forme de rapport papier traditionnel est lent.

Commander un sondage

Saisie des données

Impression des logs de sondages

Géotechnicien

Getsionnaire du risque

Visualisation des données Interpolation des paramètres

Cartographie des informations géotechniques

Exportation des données

Traitements des données

Importation des données Chef de chantier

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Fig. 3.23 – Les cas d’utilisation du systeme GeoInfo

Les donnees geotechniques sont complexes puisque’elles contiennent des elements structures (description dusol a partir d’un vocabulaire bien defini) et d’autres moins structures (images, texte libre). Actuellement, il n’ya pas encore un format commun accepte pour le stockage et l’echange de ces donnees entre les praticiens et leschercheurs. Parmi les formats utilises, on trouve le format de L’ «Association of Geotechnical and GeoenvironmentalSpecialists» [4], le Log ASCII standard [60] pour les sondages de compagnies petrolieres, et le format de «NationalGeotechnical Experimental Site» [11]. Un autre projet de recherche est initie par Le «US Army Engineer WaterwaysExperiment Station» [116] pour etablir un format electronique standard d’echange pour l’exploration geologique etgeotechnique, et pour automatiser l’echange des donnees. De meme, le «Pacific Earthquake Engineering ResearchCenter a Berkeley» (PEER) et le «Consortium of Organizations Strong Motion Observation Systems» (COSMOS)ont initie un projet pour creer un dictionnaire de donnees geotechniques et un format d’echange specialement pourles donnees geotechniques [117].

3.4.4 Presentation du systeme GeoInfo

L’etude geotechnique menee pour des besoins d’amenagement constitue un processus complexe dont deuxcaracteristiques essentielles sont : son organisation propre en phases et son interaction etroite avec d’autres processus

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(en particulier le processus de conception de l’amenagement).Les donnees participant a une etude, qu’elles soient descriptives, ou quantitatives, constituent egalement

une caracteristique particuliere des etudes geotechniques. Leur comprehension necessitent la mise en oeuvre detechniques variees, allant de l’analyse graphique aux traitements des donnees en passant par l’application desconnaissances des differentes branches de la geologie.

Le systeme GeoInfo constitue une plate-forme informatique permettant de rassembler les differentes donneesparticipant a une etude geotechnique au sein d’un environnement unique et integrant differentes techniques utiliseespar l’ingenieur dans le cadre des etudes geotechniques courantes [9]. Ces fonctionnalites a vocation d’analyse etde synthese doivent en outre etre replacees dans le cadre general de l’etude geotechnique par la prise en compte,par le systeme, des etapes du processus d’etude ainsi que de son interaction avec le processus de conception del’amenagement. Enfin, cet outil devrait participer, en offrant des fonctionnalites de base de donnees, a une meilleureperennisation des donnees geotechniques (figure 3.23).

BD GéoInfo

BDLithologie

BD Stratigraphie

Investigation Géotechniques

Essais et analyses

Fichier AppareilsEssai1Date: 12/02/20031111112223336544642555531222212

Nettoyage

Sondages

Cartes de B

asesAssistant Import

De données

Données Présentation des données

Analyse desdonnées

Visualisation des données

Des sondages

Cartographie dessondages

Interrogation desdonnées Interpolation des

Données

Affiche des couches Du sous-sols

Analyse des risques géologiques

Réseaux Routiers,BâtimentsParcellesGéologieHydrographie….

Saisie des données

Fig. 3.24 – Architecture de GeoInfo

3.4.5 L’architecture de GeoInfo

Le systeme GeoInfo a ete concu pour permettre a plusieurs utilisateurs d’y acceder en meme temps selon unearchitecture client/serveur. Les donnees sont stockees et gerees comme des structures relationnelles, et l’implemen-tation est realisee en programmation orientee objet en utilisant le langage Visual C++ et les classes de l’interface

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d’acces aux donnees ADO17.Quatre elements sont a distinguer dans l’architecture du systeme GeoInfo (figure 3.24 ) : Les acteurs ou les

utilisateurs, la couche de presentation, la couche d’acces aux donnees, et finalement la couche des donnees.

3.4.5.1 Les utilisateurs

Fig. 3.25 – Le diagramme d’activite de GeoInfo

Plusieurs acteurs peuvent utiliser GeoInfo. Le systeme a ete initialement concu pour repondre aux besoinsdes geotechniciens afin de structurer leurs mesures de sous sols. Toutefois, le systeme peut etre egalement utilise pard’autres utilisateurs, comme des decideurs et des dirigeants, qui souhaitent connaıtre plus en details la compositiondu sous sol de leur territoire. C’est le cas par exemple, pour les amenageurs qui souhaitent connaıtre la structuredu sous sol avant d’entamer un projet d’amenagement, ou bien d’un gestionnaire qui veut mener une etude sur lerisque de glissement de terrain dans sa commune, et qui a besoin des informations sur le sous sol (figure 3.25).

17Activex Data Objects

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Fig. 3.26 – Hierarchie des donnees dans GeoInfo

3.4.5.2 Les Modules de GeoInfo

Le systeme GeoInfo dans son ensemble est constitue de quatre modules complementaires. Deux modules ontete prevu pour la saisie des donnees dans le systeme. Ils permettent de rentrer les donnees soit en les saisissant, soiten les important a partir de fichiers produits directement des appareils de sondages. Un autre module est celui de lavisualisation cartographique, qui permet de localiser sur un fond cartographique (carte au 1/50 000, ou orthophotopar exemple) les sondages qui ont ete saisis. Le dernier module est celui de la visualisation et l’impression des logsde sondages.

A. Le module de saisie des donnees geotechniques Pour la saisie des donnees dans le systeme, deuxoptions sont disponibles pour l’utilisateur : completer une base de donnees GeoInfo existante, ou creer une nouvellebase de donnees. Le choix entre ces deux options depend du projet dans lequel l’utilisateur veut associer ses donnees.L’interface de saisie est organisee sous forme de plusieurs onglets, chaque onglet est charge de decrire une partiedes informations. Les donnees traitees par GeoInfo peuvent etre reparties en trois principales categories :

Les donnees administratives : Dans chaque projet geotechnique, une partie de donnees est utilisee pour decrireles informations administratives. La description des travaux geotechniques passe par une description desinformations sur le projet, qui est lui meme constitue de plusieurs dossiers, qui a leur tour peuvent contenirdes points d’investigation (figure 3.26 ).

Les donnees techniques : Les donnees techniques representent la partie principale d’informations gerees par lesysteme. Elles peuvent etre classees en cinq categories : les donnees sur les echantillons, sur les sondages, sur lesessais in situs, sur les techniques d’execution, et les donnees sur les equipements. GeoInfo assure un affichagepar onglets qui s’adapte en fonction du type de sondage selectionne, en cachant les parties d’informations nonnecessaires a l’utilisateur, en lui evitant ainsi un encombrement inutile des donnees (figures 3.27 et 3.26).

Les donnees images :Dans les compagnes geotechniques, les images sont souvent des supports incontournables pour decrire desinformations sur les sondages. GeoInfo a prevu la gestion de ce type de donnees en permettant de les stocker,de les attacher a des sondages, de les annoter et de les visualiser.

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Fig. 3.27 – Le diagramme de sequence UML de GeoInfo

Les donnees cartes :Les donnees a composantes spatiales utilisees pour definir la carte de base (base map) d’un projet geotechniquesont : les cartes topographiques, les photographies aeriennes (orthophotos numeriques), les cartes geologiques,les cartes d’occupation du sol, les cartes bathymetriques, les differentes formes de donnees satellitaires, et lemodele numerique du terrain (MNT).

1. Cartes topographiques. Les cartes topographiques fournissent des informations sur la morphologie duterrain, le reseau du drainage, la pente, les routes, les zones urbaines, etc.

(a) L’utilisation optimale des cartes topographiques necessite l’examen des cartes a grande et petiteechelles. D’un cote, certaines caracteristiques, comme les structures geologiques, peuvent etre ap-parentes uniquement sur des cartes a petite echelle. D’un autre cote, l’interpretation des processusgeomorphologiques necessite l’utilisation de cartes a grande echelle avec des petits intervalles decourbes de niveaux.

(b) Certaines informations geologiques peuvent etre inferees a partir des cartes topographiques par uneinterpretation propre de la forme du terrain et les caracteristiques du drainage. La topographie peutfournir des informations sur la structure geologique, la composition des roches souterraines, et lesprocessus geomorphiques internes. Les caracteristiques geologiques n’apparaissent pas de la mememaniere sur toutes les cartes topographiques, et des traitements particuliers sont necessaires pourarriver a une interpretation geologique exacte.L’analyse des photographies aeriennes avec les cartes topographiques est un moyen efficace pourinterpreter la geologie et la geomorphologie d’un site. Les informations geotechniques pertinentesqui peuvent etre obtenues ou inferees des photographies aeriennes et des cartes topographiques sont :l’histoire geomorphologique, la structure de la roche, le sol, la physiographie, etc.

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2. Cartes geologiques. Elles peuvent etre utilisees pour developper la description des formations, les struc-tures rocheuses, la localisation des failles, et la profondeur maximale des roches. Des cartes geologiquesde 1/250 000 ou moins sont convenables pour le developpement de la geologie regionale, parce qu’ellespeuvent etre utilisees avec des images satellitaires d’echelle similaire pour affiner les etudes geologiquesregionales et les etudes de sol.

3. Cartes hydrologiques et hydrogeologiques. Les cartes montrant les informations hydrologiques et hydro-geologiques fournissent une source interessante de donnees sur les surfaces de drainage, la localisationdes puits, la qualite des eaux souterraines, etc.

4. Cartes sismiques. Ces cartes peuvent fournir la distribution des zones sismiques et la magnitude poten-tielle des seismes associee a chaque zone.

B. Le module d’Import/Export de donnees Les donnees geotechniques proviennent, dans un grand nombrede cas, des appareils de sondages qui livrent des fichiers d’observations avec des formats et des structures differents(fichier plat, textes, tableurs) selon le type d’appareil (voir la figure 3.28 pour un exemple de fichier de mesuresgeotechniques).

Fig. 3.28 – Exemple de fichier de mesures geotechniques

GeoInfo propose un module (figures 3.29(a) et 3.29(b)) pour integrer ces fichiers conformement au schemade la base, de telle sorte qu’il n’y ait pas de perte de donnees dans le processus d’importation. L’assistant d’importdes donnees tient compte du type du sondage pour n’afficher a l’utilisateur que les informations susceptibles d’etreimportees, reduisant ainsi a ce dernier le nombre d’incoherences qu’il peut rencontrer.

A la fin du processus d’import des donnees, l’assistant affiche un rapport de l’etat d’execution de la procedured’import (figure 3.29(a)). Le systeme permet egalement d’exporter les donnees d’une base de donnees GeoInfoexterieure qui contient des informations supplementaires vers une autre base de donnees GeoInfo.

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(a) Un exemple d’import de fichier appareil de la diagraphie (b) L’assistant du module d’import des donnees

Fig. 3.29 – Le module d’import des fichiers issus directement des appareils de sondages

C. Le module Cartographique La premiere des relations entre les differentes donnees participant a une etudegeotechnique reside dans leur localisation les unes par rapport aux autres, et le premier outil de travail recherchepar le geotechnicien est donc la carte du site, sur laquelle il fait apparaıtre les differentes donnees jugees utiles. Lesfonctionnalites cartographiques ont en consequence ete placees au centre du systeme et un onglet specialise permetle positionnement sur la carte du site les differentes donnees participant a l’etude.

Ce module permet d’afficher sur le fond cartographique par exemple la carte IGN referencee, des orthophotos,des plans cadastraux, etc. Des couches d’informations peuvent etre ajoutees ou supprimees pour etre utilisees dansdes rapports, et dans de nouvelles cartes avec des echelles differentes. Des labels, des symboles, et des barresd’echelles peuvent etre ajoutes aux cartes pour fournir une clarte de lecture et pour ameliorer la lisibilite desinformations presentes sur la carte.

L’affichage des sondages est assure par une bibliotheque de symboles conventionnels. Ils peuvent etre posi-tionnes sur le fond cartographique avec des tailles adaptees a l’echelle de l’affichage, ce qui permet d’ajouter uneinformation supplementaire sur le deroulement des travaux en montrant les zones qui sont couvertes par les etudeset celles qui ne le sont pas.

D. Le module de visualisation des logs de sondages Le log est un enregistrement continu des variations,en fonction de la profondeur, d’une caracteristique donnee des formations traversees par un sondage. Generalement,sur l’enregistrement du log traditionnel sur papier, un nombre d’informations est reporte selon un modele predefinipour permettre une clarte dans la lecture des resultats geotechniques (voir figure 3.30).

Pour permettre au geotechnicien qui, ayant l’habitude de travailler avec des logs de sondages sur supportpapier (representes par differentes couches constituant le sous sol), GeoInfo a prevu un module pour visualiser etimprimer les logs de sondages en respectant les normes geotechniques. La figure 3.30 montre un exemple de logsproduit par GeoInfo.

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Fig. 3.30 – Exemples de Logs sondages produits par GeoInfo

3.4.5.3 L’acces aux donnees

Le systeme utilise le formalisme objet pour acceder aux entites geotechniques. L’acces aux donnees est assurea travers l’utilisation de la bibliotheque Microsoft d’acces aux donnees ADO. Un ensemble de classes est cree pourtraiter les principales operations d’acces aux tables des bases de donnees (voir figure 3.31).

Fig. 3.31 – Les classes ADO utilisees dans le systeme

Cette categorie de classes se charge d’organiser l’acces aux bases de donnees du projet (i.e. GeoInfo, Litho-logie, et Stratigraphie). Elles s’occupent de realiser les traitements traditionnels d’ajouts, de manipulations et derecuperations des donnees. La plupart des classes sont dotees de methodes de traitements generales et d’autresmethodes specifiques a chacun des objets d’une classe donnee.

Des programmes specifiques ont ete developpes pour acceder aux trois sources principales du systeme : Labase de donnees GeoInfo, la base de donnees de la Lithologique18, et la base de donnees de la stratigraphie19 (figure

18La lithologie est une discipline qui etudie la nature des roches constituant une formation geologique19La stratigraphie est une discipline qui etudie la succession des depots sedimentaires organises en strates. Elle permet d’etablir une

chronologie relative des couches rencontrees qui s’exprime sous forme d’une echelle des temps geologiques.

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3.32).

Fig. 3.32 – Le diagramme UML de deploiement de GeoInfo

3.4.5.4 Les sources de donnees

Les donnees non cartographiques sont organisees dans trois bases de donnees :

1. une base de donnees principale GeoInfo pour gerer les donnees des sondages,

2. une base de donnees pour la gestion de la lithologie (BD-Lithologie)

3. et une base de donnees pour la stratigraphie (BD-Stratigraphie).

Dans la base de donnees GeoInfo, deux types d’informations sont presentes : les informations administrativeset les informations techniques (voir figure 3.33). Les donnees administratives sont composees essentiellement desdescriptions des projets, des dossiers et des points d’investigations geotechniques. Elles decrivent toutes les infor-mations non techniques renseignant sur les maıtres d’oeuvres, les coordonnees du point d’investigation, le systemede reference utilise, les coordonnees de l’entreprise qui a execute les travaux de forage, et l’identification du materielqui a servi pour les travaux.

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Fig. 3.33 – Les Donnees de GeoInfo

Les donnees techniques a leur tour sont decomposees en des donnees sur les sondages, des donnees sur lesechantillons, et des essais in situ. Les donnees sur les sondages sont completees, selon le type du point d’investigation,par d’autres types de mesures (des mesures des couches, RQD20, de recuperation, et de fracturation).Chacune de ces mesures peut etre completee par des photos descriptives. La deuxieme categorie des donnees est cellerelative aux echantillons qui decrivent des mesures en profondeur (organisee sous forme d’intervalles de profondeurs).

En fonction du type de sondage et du point d’investigation, le systeme autorise ou non l’acces aux formulairesde saisie des donnees sur les essais de laboratoires relatifs a un echantillon donne.

La conception des differents ouvrages (fondations, talus, soutenement) est influencee par la resistance aucisaillement des terrains. Cette conception doit conduire a eviter les ruptures ou les deformations trop importanteslorsque les ouvrages sont soumis a des charges maximales. Il est donc important de connaıtre la resistance ultimeou limite des terrains. Cette resistance limite du sol peut etre determinee par des essais de laboratoire.

Cinq essais de laboratoires sont prevus dans le systeme :– essai d’identification,– essai de cisaillement direct, essai de cisaillement alterne,– essai triaxial,– essai oeudometrique,– et analyse d’eau.

20Rock Quality Designation

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La troisieme categorie de donnees geree par le systeme est celle relative aux essais in situ. Les essais in situpermettent de mesurer la permeabilite des terrains. Quatorze essais in situ sont prevus dans le systeme, et chaqueessai comporte un ensemble de mesures en profondeur. D’autres mesures comme les techniques d’execution, et letubage sont egalement gerees par le systeme.

3.4.6 Conclusion

La diversite des donnees collectees et l’abondance des informations produites par les compagnes geotechniquesest une des raisons principales derriere le besoin de disposer d’un systeme d’information, avec une dimensionspatiale, pour gerer le volume de donnees produites, pour perenniser l’information geotechnique dans des supportsplus fiables, et pour assister les ingenieurs et les decideurs a mieux connaıtre le sous sol de leur territoire.

Pour repondre a ces preoccupations, GeoInfo vient donc comme un outil d’aide a l’acquisition, la validation,la structuration et la mise a disposition des donnees acquises au cours d’une campagne de reconnaissance. Ilpermet la localisation des points d’investigation, la memorisation des coupes, logs, diagraphies, resultats d’essaisde laboratoires, d’investigations geophysiques, et des comptes rendus de controle de travaux.

Ces fonctionnalites ont ete developpees pour repondre aux aspirations des praticiens et leur assure uneconvivialite d’utilisation. Le systeme permet notamment des requetes sur des criteres geographiques, temporels,techniques, et administratifs. De plus, c’est un outil pedagogique avec lequel il est possible de faire participer defacon interessante et conviviale des personnes en formation au traitement et a la memorisation de donnees anciennes.

Un projet geotechnique traditionnel s’interesse principalement a la caracterisation du sous-sol d’un sitespecifique et a l’interaction entre les structures realisees par l’homme et le territoire. Cependant, les projets multi-disciplinaires etendent l’interet a d’autres domaines (e.g., les ponts, la geologie, l’environnement). Dans cette pers-pective, GeoInfo permet a l’ingenieur de collecter un nombre important d’informations pour resoudre ses problemeslies a l’amenagement. Les informations peuvent etre presentees sous de multiples formes (tableaux, graphiques)et l’expertise de l’ingenieur est utilisee pour synthetiser ces informations et pour prendre des decisions et desrecommandations sur le deroulement du projet.

L’information geotechnique est une information qui peut servir dans une periode de temps continu, et nonseulement durant la duree de vie du projet. Ainsi, au dela de la periode de celui-ci, la connaissance du sous-solcontribue d’une maniere importante a la diminution des risques geophysiques (seismes, mouvements de terrains,inondations, etc.). En permettant l’analyse et la visualisation des donnees geotechniques en les combinant avecd’autres sources de donnees, GeoInfo permet d’alerter les decideurs sur la fragilite et la presomption de leur ter-ritoire face aux risques geophysiques qui les menacent. Greffer ce systeme a d’autres systemes (d’evaluation de lavulnerabilite par exemple) est donc necessaire pour avoir une information appropriee de l’acceptation du risque.

Discussions sur les systemes

En marge des finalites specifiques des systemes, leur realisation de tels systemes laisse envisager de nombreusesautres applications de gestion territoriale s’appuyant sur la meme connaissance du site et des activites qui s’ydeveloppent (voir les tableaux 3.1, 3.2, et 3.3).

Developper un systeme d’information necessite la prise en compte de nombreux parametres que sont lesdonnees, les acteurs et leurs besoins, ainsi que les eventuels outils logiciels preexistants. La multiplicite et l’hete-rogeneite des donnees et des acteurs constituent une des principales difficultes concernant la modelisation dans ledomaine des risques naturels. Un volume considerable d’informations heterogenes est a prendre en compte. Cetteheterogeneite tient d’une part a la diversite des donnees telles que les cartes, les reglements, les donnees sur desevenements, les fonds documentaires, etc. D’autre part, la necessite de conserver l’historique des donnees contribue

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a accroıtre le volume de donnees. Le processus de prise de decision est influence par la connaissance de tout uncontexte historique auquel il est necessaire d’acceder.

Pour repondre en partie aux problemes souleves par les systemes ci-dessus, la section suivante presente unearchitecture globale pour les risques naturels regroupant les principaux aspects rencontres dans la gestion de cesrisques. La diversite des systemes developpes et la difficulte d’etablir une communication entre eux, font que lessolutions existantes sont incompletes au regard des gestionnaires. Chaque systeme developpe utilise des sourcesdifferentes de donnees, produit des resultats souvent tres varies, sur des supports varies, et dans des formats varies.Aucun standard n’est impose dans la production des resultats (cartes dans la plupart des cas). Ce qui rend leurreutilisation dans d’autres systemes quelque peu compliquee. Un travail de retraitement des resultats est necessairepour pouvoir les integrer dans d’autres systemes.

L’heterogeneite des donnees utilisees, a laquelle il faut porter une attention particuliere, s’ajoute aux difficul-tes rencontrees dans ces systemes. Le traitement de la diversite des donnees, des formats, et de la semantique desdonnees permet de fournir a l’utilisateur final une vue consolidee des sources dont il a besoin. L’aspect geographiquedes donnees est pris en compte dans ces traitements etant donne que la majorite des sources utilisees dans la gestiondes risques sont de nature geographique.

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Systeme Caracteristiques Commentaires Insuffisances et exten-sions

- la presentation des donneessur le territoire

- le module carto-graphique

- production de cartes entemps reel pour diffusionau public

- la presentation des donneessur les couloirs d’avalanches

- le module d’infor-mation sur les ava-lanches

- prise en compte d’autresrisques naturels

- ameliorer la prevision desavalanches en utilisant desmodeles de calculs perfor-mants

Le sys-temeEMMA

- la presentation des donneessur les batiments et leur vul-nerabilite

- le module d’infor-mation sur les bati-ments

- integrer d’autres sourcessur les batiments DGI,IGN, etc

- le module de vul-nerabilite

- le systeme offre des fonctio-nalites de structuration et detraitement en temps reel desparametres complexes et evo-lutifs representatifs de l’occu-pation des lieux, de l’exten-sion des caracteristiques desphenomenes, et enfin des lo-gistiques de mise en securite.

- les sources desdonnees sont pre-sentes dans de nom-breux formats he-terogenes, et repre-sentent les elementsdu territoire de dif-ferentes manieres

- le systeme necessite uneapproche d’integrationadaptee a la problema-tique des risques naturelsqui permet de resoudre leprobleme d’heterogeneitedes donnees

- une perte d’informationlors des traductions des fi-chiers du format proprie-taire vers le format de tra-vail

- dans la procedure de mise ensecurite, le systeme permet desimuler divers scenarios eve-nementiels et d’affiner la pre-paration des acteurs face aces scenarios : 1- Le position-nement et le denombrementdes personnes concernees ; 2-L’identification des lieux d’ac-cueil, des voies et des moyenslogistiques d’evacuation

- le module d’esti-mation pour l’eva-cuation

-introduction des pa-rametres temporels defrequentation ;

Tab. 3.1 – Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme EMMA

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- la vision 3D duterritoire et l’ana-lyse morphologique

- la production de cartespour une large diffusion :internet

- les representationscartographiques duterritoire

- la structuration des donneesdisponibles

- l’occupation etl’utilisation duterritoire

- une heterogeneite desdonnees a resoudre parune methode d’integrationadaptee aux risques natu-rels

- Utilisation d’unvocabulaire com-mun sur le risque- les donnees multi-media

Le sys-temeSysPPR

- la selection etl’integration des di-vers documents per-tinents

- l’aide a l’identification desaleas :

- exemple :IRISindice regionalisede presomptiond’instabilite

- prendre en compted’autres risques dans lesmodeles d’identificationdes aleas

- la caracterisation des enjeuxet de leur vulnerabilite

- d’autres donnees peuventetre ajoutees et integres ausysteme :IGN, DGI, etc.

- la communication et l’infor-mation

- utilisation de methodesadaptees pour la communi-cation du risque : Internet,animation

Tab. 3.2 – Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme SysPPR

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- un outil d’aide a l’acquisi-tion, la validation, la structu-ration et la mise a dispositiondes donnees acquises au coursd’une compagne de reconnais-sance

- le module de saisie - ajouter des interfacesde communication directesavec les appareils de son-dages pour la recuperationdes donnees

- assurer une bonne gestiondu deroulement des travauxgeotechniques en verifiant encontinu la disponibilite de l’in-formation- utiliser des donnees pro-duites directement des appa-reils

-le module Im-port/Export

- integrer les donnees pro-duites dans d’autres sys-temes sur les risques natu-rels

Le sys-temeGeoInfo

- la localisation des pointsd’investigation,

- le module Carto-graphique

- publier les cartes pro-duites sur Internet

- reproduire des graphiquesdes resultats des sondages(logs de sondages), l’affichagedes coupes, logs, diagraphies

- le module de vi-sualisation des logsde sondages

- gerer les donnees produitespar les compagnes geotech-niques

- les donnees admi-nistratives

- les donnees tech-niques- les donnees images- les donnees cartes

- combiner et superposer lescouches d’informations pourevaluer l’adequation des para-metres critiques

- integrer ces couches avecd’autres informations pourevaluer certains risques :glissement de terrain parexemple

Tab. 3.3 – Recapitulation des fonctionalites et des critiques du systeme GeoInfo

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Chapitre 4

Architecture d’un systeme d’informationintegre pour la gestion de risquesnaturels


4.2 Architecture fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.3 Architecture Logicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

4.4 Proposition d’une ontologie pour les risques naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.5 Integration des donnees : Une methode basee sur le modele OpenGIS . . . . . . . . 122

4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

4.1 Introduction

Les impacts socio-economiques des grandes catastrophes naturelles causees par les inondations, les ouragons,les glissements de terrains, et les tremblements de terre, ont conduit a reflechir sur l’application des nouvellestechnologies de l’information et de la communication afin d’ameliorer la reponse et la coordination des efforts faceaux risques, notamment dans les grandes villes a forte densite de population. De nombreux systemes ont ete concusdans le but de reduire l’impact des catastrophes [2] [71] [73], mais avec des objectifs bien precis et bien definis commel’information preventive [30] [75], la modelisation des phenomenes [93], l’analyse de la vulnerabilite [31] [106], lagestion des secours [30], etc. Ces fragments de systemes realises repondent a des besoins precis, et s’attaquent a unephase de la chaıne de prevention, mais pas a la totalite des etapes de gestion de risques (mitigation, preparation,reponse, et le retablissement selon les etapes definies par la FEMA1).

La gestion des risques naturels necessite la coordination en temps reel de plusieurs acteurs spatialementdistribues. Un reseau d’information sur les catastrophes semble etre la reponse aux exigences de la prevention, quidevrait repondre aux preoccupations des differents acteurs de la gestion des risques (scientifiques, elus, responsableslocaux, citoyens). Le systeme global doit avoir les caracteristiques suivantes (voir figure 4.1) :

1Federal Emergency Management Agency

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4.1 Introduction

– Assurer la surveillance en temps reel de l’evolution des phenomenes naturels, en proposant des modulesde calculs. Ces modules traduisent les informations brutes recueillies en temps reel en des informationscomprehensibles, et reutilisables dans la suite du processus de prevention.

– Les informations produites sur les phenomenes doivent etre confrontees a d’autres informations sur leselements exposes, afin d’evaluer le degre de vulnerabilite des elements du territoire.

– En plus d’alerter les populations sur un risque imminent, il doit egalement informer les gens sur l’historiquedes phenomenes dans leur region, sur la reglementation relative a l’urbanisme, et sur l’amenagement.Finalement, les scientifiques ont besoin d’acceder aux donnees sur les phenomenes passes et leurs dommagessur les territoires.

– Permettre un acces homogene a toutes les sources d’information et a tout moment, en remediant auxproblemes d’incoherence et d’inconsistance entre les donnees et leurs inconsistances.

– Assurer un acces organise aux nombreux documents disponibles.La gestion des risques necessite de plus en plus une mise a disposition d’information en temps en reel pour les

differents acteurs (prefectures, collectivites locales, ..). Cette information doit etre fiable, complete, comprehensible,reutilisable, ”partageable” et elaboree a partir de differentes sources [18] [62].

Or, les sources de donnees utilisees sont souvent des sources de donnees heterogenes (formats differents,echelles variables d’acquisition des donnees, qualites differentes) [2]. L’integration propre de ces donnees dans unseul systeme necessite une prise en compte de ces parametres afin que le systeme ainsi construit ne contienne pasd’inconsistances, et donne un acces homogene aux donnees, en cachant aux utilisateurs les incoherences presentesentre les sources. Une methodologie d’integration des donnees pour les risques naturels est donc necessaire afinde mieux adapter la realite des donnees aux besoins exprimes. L’integration doit tenir compte de l’ensemble descontraintes relatives a l’heterogeneite des donnees d’une part, et a la complexite de la procedure de gestion desrisques d’autre part.

Les donnees utilisees ont le plus souvent une composante geographique, d’ou la necessite de prendre en comptecette composante dans la phase d’integration en s’appuyant sur un modele de donnees qui soit suffisamment expressifet extensible. Le modele retenu est celui de l’OpenGIS. L’idee est d’affranchir l’utilisateur de toute contrainte lieea un environnement informatique particulier, et de lui permettre des echanges et des traitements transparents,sans qu’il ait a se preoccuper des problemes de compatibilite. OpenGIS est un modele ouvert qui fournit un cadrepermettant l’acces et le traitement d’une variete de sources de donnees a travers une interface generique [88].

La presence d’un corpus documentaire sur les risques naturels, relatif aux reglements, aux historiques desphenomenes, a la gestion des procedures d’evacuation, etc., necessite une approche efficace pour leur gestion au seindu systeme. L’utilisation des ontologies peut s’averer etre un moyen efficace pour resoudre le probleme d’heteroge-neite semantique rencontre souvent dans les documents sur les risques naturels [54] [45] [124]. Une telle ontologiedevrait contenir tous les concepts qui sont necessaires pour la description des concepts utilises dans la gestion desrisques naturels : les phenomenes, les elements du territoire, les procedures de mise en securite, etc.

4.1.1 Proposition d’une architecture d’un systeme d’information integre pour la ges-tion des risques naturels

Pour repondre aux caracteristiques exprimees ci-dessus, nous presentons dans ce qui suit une propositiond’architecture pour un systeme d’aide a la decision pour la gestion des risques naturels. Deux aspects sont discutesdans le systeme : L’architecture fonctionnelle, et l’architecture logicielle.

Dans l’architecture fonctionnelle, nous nous sommes interesses aux modules qui composent le systeme ainsique leurs fonctionnalites. Une description de chaque module est donnee et les specifications qu’il doit satisfaire sontpresentees. Quatre modules fonctionnels sont presentes : Le module de surveillance des phenomenes, le systemed’evaluation, le systeme de communication et d’information, et le systeme d’action.

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4.2 Architecture fonctionnelle

Dans l’architecture logicielle, nous avons explore les nouvelles techniques, comme les techniques de visuali-sation et d’acquisition des donnees, et leurs utilisations dans le systeme. Le probleme d’integration de donnees aete aborde, et une methode d’integration de donnees basee sur le modele OpenGIS est presentee. Elle tient comptede la specificite des donnees impliquees dans la gestion des risques naturels. Une ontologie specifique au domainedes risques naturels est egalement presentee comme un moyen pour acceder aux nombreux documents disponiblesrelatifs a la problematique evoquee.


La figure 4.1 presente les composants de l’architecture fonctionnelle d’un tel systeme pour l’aide a la decisiondans la gestion des risques naturels.

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ActionCommunicationEvaluation

ModélisationSurveillance

Système d’information pour la gestion des risques n aturels

ActionCommunicationEvaluation

ModélisationSurveillance

Système d’information pour la gestion des risques n aturels

Plan

Carte

Donnéesélémentsexposés

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Immeuble 1Maison

Ville

Immeuble 2

Usine

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Carte


Plan

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Immeuble 1Maison

Ville

Immeuble 2

Usine

Modélisation Modélisation

Immeuble 1

Immeuble 2

Usine

Identification des Éléments vulnérables

Estimation des dommages

Documents réglementaires

Web

ABCDEDFGHIGJKHABCDEDFGHIGJKH

Correction des modèles de prédiction

Gestion des évacuations

Quantification des dégâts

Préparation des secours

Recherche des phénomèneshistoriques

Administrateur

Fig. 4.1 – Architecture du systeme d’aide a la decision pour la gestion des risques naturels

- 89 -


4.2.1 Le module de surveillance des phenomenes

Etant menacee en permanence par un risque particulier, la communaute devrait surveiller de pres l’evolutiondes parametres susceptibles de declencher le phenomene [5]. La surveillance est specifique a chaque phenomene,et les parametres different d’un phenomene a un autre. La surveillance des phenomenes est realisee en collectantdes donnees, en temps reel ou non, en les analysant, et en les integrant dans un modele pour predire un eventueldeclenchement du phenomene. Le module, pour pouvoir realiser ces taches, doit avoir les caracteristiques suivantes :

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Fig. 4.2 – Le module de surveillance et de controle

– permettre l’acquisition des donnees de types varies, necessaires au suivi de l’evolution des phenomenes.Deux categories sont souvent presentes :– Les donnees en temps reel : La surveillance des phenomenes repose en premier lieu sur le suivi de

plusieurs parametres et leur evolution dans le temps. Les capteurs peuvent etre installes dans plusieurslocalisations. Ils mesurent des parametres et sont relies a un module de communication pour envoyer lesdonnees et recevoir des ordres. Le centre de surveillance recoit des appels du capteur et stocke les valeursen continu dans le systeme [93] [20]. Les capteurs envoient les donnees avec une frequence pre-definie(chaque heure par exemple), mais le centre de controle peut demander au capteur de modifier la perioded’echantillonnage des donnees. Dans le cas, par exemple, de la surveillance des inondations, les capteurspeuvent etre installes le long d’une riviere, ou a l’echelle d’un bassin versant, pour mesurer la variationdu debit de la riviere et de la vitesse d’ecoulement. Ces parametres peuvent etre transmis en temps reelau centre de controle qui traitera ces informations et analysera les variations des parametres. A traversdes modeles hydrauliques et hydrologiques convenables, le module peut realiser des cartes d’ecoulementdes eaux, en mentionnant la repartition des vitesses d’ecoulement, l’intensite du courant, etc [15].

– Les donnees cartographiques : Ce sont principalement des donnees issues de leves topographiques(les modeles numeriques de terrain, carte des pentes par exemple), photogrammetriques, et imagessatellites. Ces donnees sont utilisees, avec les donnees en temps reel, dans les modeles de comportement

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des phenomenes [72].– Le module doit egalement fournir des modeles pour la simulation de l’evolution des phenomenes a partir

des donnees recueillies. Des outils de modelisation doivent etre integres dans le module afin de garantir untraitement souple des donnees et de produire en temps reel des cartes de comportement des phenomenes.Par exemple, des outils de modelisation comme 3D Bloc2, 3D Traj3 (voir figure 4.3) et 3D Pente4

peuvent etre incorpores au module pour produire des cartes expliquant le comportement des blocs depierres susceptibles d’etre dissocies, et leurs trajectoires probables.

Fig. 4.3 – Determination des hauteurs de vol au droit d’un filet d’interception par 3D Traj

– Le module doit permettre de traduire les resultats des modelisations vers des documents synthetiquesdu comportement du phenomene. Des techniques de cartographie traditionnelles peuvent etre utiliseespour afficher les resultats obtenus (par exemple, des cartes de classes d’indice de presomption de la stabi-lite ou des cartes de distribution des vitesses d’ecoulements dans un bassin versant). Ces cartes peuventetre ”mappees” dans des representations tri-dimensionnelles sur un modele numerique de terrain. Lesresultats des modelisations seront communiques au module d’evaluation qui decidera de la gravite duphenomene.

4.2.2 Le module d’evaluation

Le module d’evaluation est sans doute le module qui est au cœur de la gestion des risques naturels. C’estce module qui permet de decider lesquels des elements presents sur le territoire sont concernes par un phenomenedonne. La vulnerabilite d’un element est determinee par plusieurs facteurs : structurels, socio-economiques, culturels,etc [7] [13] [31]. La confrontation de ces elements aux parametres descriptifs des phenomenes donne la vulnerabilite(voir figure 4.4).

Le module a donc besoin d’avoir acces a un ensemble d’informations pour definir la vulnerabilite des ele-ments exposes. Souvent, les informations sur les elements exposes sont distribuees dans plusieurs sources, et sontrepresentees avec plusieurs modeles, avec differentes echelles. Une methodologie d’integration adaptee a ces donneeset sans perte d’information est donc necessaire pour permettre un acces homogene aux sources de donnees (voirSection 4.5).

23D Bloc permet de disposer de moyens d’analyse de la structure et de l’equilibre de massifs rocheux.3L’objectif de 3D Traj est d’estimer la propagation de blocs susceptibles de se detacher d’une falaise rocheuse, et en particulier de

determiner leur hauteur de vol, leur vitesse et les points d’impact de leur trajectoires.43D Pente permet de calculer la stabilite des pentes sur la base des algorithmes classiques mais declines en 3D, en considerant des

colonnes de sol definies a partir des pixels du MNT. Les trois outil 3D Bloc, 3D Traj, et 3D Pente sont des outils developpes au sein del’entreprise GIPEA.

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Fig. 4.4 – Affichage et reglage de la matrice d’endommagement sur le parametre hauteur d’eau dans le cas desinondations

Le module d’evaluation collecte des differentes sources les informations sur les elements du territoire, elimineles incoherences et les inconsistances entres les ensembles de donnees, et presente les resultats a l’utilisateur.Le module doit afficher egalement les resultats de modelisation du module de surveillance sous forme de cartessynthetiques montrant la distribution des parametres des phenomenes (intensite, vitesse, direction, hauteur desubmersion, etc.). La superposition des cartes sur les phenomenes et des enjeux permet de determiner a partir deregles predefinies les elements vulnerables. L’exploitation des resultats produits par ce module peut etre realisee detrois manieres :Par requete spatiale L’utilisateur peut demander au module d’afficher tous les elements vulnerables dans une

zone donnee (a l’interieur d’un perimetre donne, le long d’une riviere ”Le buffering”). L’utilisation detechniques de visualisation avancees est d’un grand interet pour afficher les elements vulnerables et leur degrede vulnerabilite (fort, moyen, faible, negligeable) [72] [17]. La reponse a ces requetes utilise a la fois des criteresspatiaux (par exemple, a l’interieur d’une zone, polygone) et des criteres non spatiaux (batiments d’une valeurlocative moins de 100000 euros par exemple) .

Par requete non spatiale Avec des criteres de vulnerabilite (valeur locative, type de construction, annee deconstruction, etc), l’utilisateur peut poser des requetes pour afficher des valeurs synthetiques, par exemple surle nombre de personnes en danger ou sur le cout des dommages que peut provoquer un phenomene particulier.

Par navigation L’utilisateur peut etre interesse par naviguer les elements vulnerables a un ou plusieurs pheno-menes selon le critere de vulnerabilite, en passant par exemple, des elements a faible vulnerabilite aux elementsa forte vulnerabilite. Les concepts d’Hyperdocument et Hypercarte [83] peuvent etre utilises pour parcourirles differentes categories de phenomenes, et les elements exposes .

Le module doit satisfaire les conditions suivantes afin de repondre aux besoins des utilisateurs potentiels :– le module doit permettre de reunir toutes les informations relatives aux elements exposes des differentes

sources, et de resoudre les conflits qui peuvent exister entre les differentes descriptions [91]. C’est le pro-bleme de l’integration de donnees [131] [129] [76], et il doit tenir compte des conflits semantiques,structurels et geographiques afin d’assurer a l’utilisateur un acces homogene et sans perte d’information.

– il doit donner un acces uniforme aux sources decrivant les phenomenes naturels (le module de sur-veillance des phenomenes), et aux sources sur les elements exposes (batiments, infrastructures, routes,

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etc),– chaque element du territoire presente un comportement particulier face a un phenomene donne. La vulne-

rabilite d’un element varie selon la nature du phenomene [7] [13]. Le module doit afficher les composantesde la vulnerabilite des elements du territoire en fonction du phenomene etudie.

– le module doit permettre l’interrogation directe des informations selon des criteres spatiaux et non spatiaux,et la navigation des sources de donnees selon :– les types de phenomenes,– les types des enjeux,– et les degres de vulnerabilite (forte, moyenne, faible, negligeable).

4.2.3 Le module de communication et d’information

Qu’il s’agisse de risque ou de tout autre aspect lie a l’environnement et a l’amenagement du territoire, ilest de plus en plus important d’informer, de former et de communiquer [74] [110] . Quand une catastrophe estimminente, une des solutions est de decrire la situation en temps reel sur internet5.

L’alerte par le web semble etre une excellente methode pour informer la population d’une ville. Il n’estpas facile cependant d’alerter les gens qui sont de passage dans la ville [117]. Le module d’information et decommunication n’a pas comme unique tache d’alerter les populations sur un risque imminent, il doit egalementinformer les personnes sur l’historique des phenomenes dans leur region, de la reglementation relative a l’urbanismeet a l’amenagement.

Finalement, les scientifiques ont besoin d’acceder aux donnees sur les phenomenes passes et leurs dommagessur les territoires afin d’ameliorer la precision des modeles existants. Le module doit tenir compte de cette demandepour assurer aux scientifiques un acces aux informations necessaires.

Afin de repondre aux besoins des differents utilisateurs, le module de communication et d’information doitsatisfaire certaines conditions, comme :

– informer la population en temps reel (en coordination avec le module de surveillance des pheno-menes) sur l’evolution des phenomenes.

– informer les decideurs sur les risques potentiels qui menacent leur territoire, et leur donner acces auxdommages probables que peuvent avoir les phenomenes menacants sur les populations. (en coordinationavec le module d’evaluation)

– donner acces, a la population et aux decideurs, aux informations historiques sur les evenements passes, etaux textes reglementaires associes (figure 4.5).

– donner aux scientifiques l’acces aux informations sur les parametres mesures en permanence, et l’historiquedes phenomenes.

4.2.4 Le module d’action

Une fois les populations concernees par les risques sont identifiees, et les biens vulnerables reperes, le moduled’action doit fournir aux decideurs des plans et des procedures pour preparer l’avenement du phenomene [24].Le module doit s’appuyer sur les informations recueillies dans les modules d’evaluation pour etablir des mesuresafin de diminuer les menaces qui pesent sur les elements vulnerables, et pour faciliter l’organisation des secourset gerer l’acces aux personnes en danger. Une communication doit etre etablie donc avec les autres modules del’architecture, soit pour acquerir les informations necessaires (le module d’evaluation), soit pour fournir desinformations (pour le module d’information et de communication). Cette communication peut etre realiseea travers la publication de cartes, de plans, et des simulations de situations [72] [17] [58].

5voir le site www.comune.genova.it pour voir la publication en temps reel des cartes de risques sur internet.

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4.3 Architecture Logicielle

Fig. 4.5 – La presentation des textes specifiques aux risques naturels pour information du publique et des respon-sables

Le module d’action doit satisfaire les conditions suivantes :– Permettre une communication en temps reel avec les autres modules (surveillance, evaluation et in-

formation). L’acces en temps reel aux informations des autres systemes assurent aux decideurs une bonnegestion de la crise et une meilleure connaissance du deroulement des secours. Une partie ou la totalite desinformations disponibles sur les sources de donnees des autres modules devrait etre visible au moduled’action. Cet acces peut etre assure en donnant des droits d’acces et des privileges aux administrateurs dumodule en fonction de l’importance de l’information souhaitee.

– Diffuser en temps reel (sur le web par exemple) les informations sur les actions a mener, de maniere a dimi-nuer la crainte chez les populations, et permettre aux decideurs de connaıtre a tout moment l’avancementdes activites de secours.

– Simuler des scenarios de catastrophes et les activites de secours correspondantes. Les techniques de visua-lisation en 3D sont d’un grand interet et permettent d’afficher les situations avec un realisme tres prochede la realite.

– Le module d’action doit mettre a disposition du personnel de la securite civile les anciens scenarios dessecours, afin d’en tirer des lecons pour mieux se preparer dans d’eventuelles situations de crises. L’utilisationdes bases de connaissances sur les anciennes catastrophes, les anciens plans de secours, et les scenariosd’interventions peut s’averer utile.


Trois modules cohabitent dans l’architecture du systeme. Le premier permet d’alimenter l’entrepot par lesdonnees necessaires (Module d’acquisition des donnees), le deuxieme sert a nettoyer, consolider et preparerles donnees pour les exploiter ulterieurement (Module d’integration des donnees), et le troisieme assure lavisualisation des donnees (Module de visualisation des donnees).

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4.3.1 Le module d’acquisition des donnees

Le choix des donnees, qui vont servir la gestion des risques naturels, depend de plusieurs criteres, commela qualite des donnees, le cout des donnees, la resolution, l’echelle, la granularite des donnees, et l’adequation desdonnees par rapport aux besoins exprimes.

Plusieurs types d’informations devront donc etre integres dans le systeme, on peut resumer les caracteristiquesde ces donnees comme suit :

– Elles resident dans differentes sources,– Ces donnees sont en general gerees par des systemes operationnels et sont structurees dans des systemes

de bases de donnees relationnels, objets ou objet-relationnel, geographiques ou autres. Une autre categoriede donnees est disponible sous forme de documents non structures.

– la nature des donnees est tres variee : des documents administratifs, des documents reglementaires, desdocuments du cadastre, des donnees du recensement, des donnees quotidiennes de la meteo, des historiquesdes catastrophes naturelles, etc.

– certaines donnees sont collectees quotidiennement, ou avec une autre frequence, par des capteurs, pouralimenter le systeme ;

– toutes ces informations ont la particularite d’etre heterogenes au niveau de leur structure et de leursemantique, et leur acquisition sans perte d’information dans le systeme necessite approche methodique.

Une solution interessante pour acceder a ces donnees est l’utilisation de mediateurs (Plus de details sur cetteapproche dans la Section 4.3.3). Par exemple, un simple mediateur peut transformer des ”miles” en des kilometres,un autre plus complexe permet de transformer les observations quotidiennes des precipitations en des observationsmensuelles. En procedant de sorte dans une architecture client serveur, une troisieme couche de donnees, composeede mediateurs qui accedent aux sources de donnees, est rajoutee.

4.3.2 Le Module de visualisation des donnees

Generalement, les cartes sur les risques derivees des analyses sur les donnees recueillies, decrivent souventun scenario particulier, et ne laissent pas la place a une interpretation personnelle. Les donnees sur les risques sontheterogenes, complexes, inter-dependantes, non directement comparables, et correlees d’une maniere pas immedia-tement comparable. Les techniques de visualisation ont emerge comme une forme de cartographie exploratoire, quipeut aider a expliquer, analyser, et communiquer le risque. Et puisque l’analyste du risque et le publique en generalne peuvent pas avoir la meme vision de ce qui peut constituer le risque, les techniques de visualisation peuventaider le gestionnaire a mieux comprendre les facteurs sous-jacents, et a generer des cartes de risques interactives,et communiquant ainsi un message aussi clair que possible au publique.

4.3.2.1 La visualisation cartographique

La visualisation cartographique s’appuie sur l’exploitation des nouvelles technologies, comme les animationsmultidimensionnelles, les simulations visuelles, les traitements d’images numeriques, etc (figure 4.6).

4.3.2.2 La realite virtuelle

La realite virtuelle et la simulation visuelle regroupent un ensemble de techniques permettant de restituerun environnement tridimensionnel avec lequel l’utilisateur peut interagir en temps reel. L’utilisation de la realitevirtuelle est tres importante dans le cas de la gestion des risques naturels, puisqu’elle permet d’assister l’utilisateur,a travers une representation tridimensionnelle, pour mieux comprendre le contexte naturel, et le comportement

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Fig. 4.6 – Exemple de maillage triangulaire d’un front rocheux a partir du releve d’une serie de profils

de certains phenomenes naturels (inondation, lahar6(figure 4.7(a)), glissement de terrain (figure 4.7(b) issu del’application de l’outil IRIS)).

(a) L’analyse en retour de la propagation du lahar (b) L’affichage d’un indice de predisposition a l’instabilite

Fig. 4.7 – Exemples de techniques de visualisation appliquees a des risques naturels

4.3.2.3 Animation visuelle en temps reel

L’animation en temps reel repose principalement sur la production de cartes d’animation [58]. Ce type devisualisation est tres important surtout dans le systeme de surveillance des phenomenes qui recoit des informations

6Figure montrant le resultat d’une analyse tridimensionnelle de la propagation de laves torrentielles de l’application Lahar developpeepar l’entreprise GIPEA.

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en continu sur l’evolution des parametres des phenomenes. Ces cartes ont les caracteristiques suivantes :– L’information est capturee par des capteurs et envoyee au systeme pour l’interpretation et la visualisation.– La vitesse de l’acquisition des donnees varie selon le type du phenomene, allant d’une minute, ou moins

(le cas des capteurs hydrographiques le long d’une riviere), a plusieurs jours, voire plus (les capteurs surles mouvements de terrain)

– La visualisation est assuree en temps reel– Le systeme d’observation des phenomenes recoit une multitude d’informations en continu, il doit filtrer les

informations selon le besoin, les traiter et les afficher a l’utilisateur en se servant d’une semiologie graphiquefacile d’interpretation par l’utilisateur.

Un autre type d’animation est celui des simulations visuelles animees. Elle est generalement bien adapteepour la representation des processus dynamiques comme le cas des inondations.

4.3.2.4 Les hypercartes

Alors que les documents conventionnels de la gestion des risques naturels sont essentiellement des textes im-primes, ayant une structure logique et physique organisee sequentiellement et hierarchiquement, les hyperdocumentssont des versions ’modernes’ des documents organises de facon non lineaire. Ce sont des documents electroniquesavec un acces direct aux informations de formes diverses par le moyen de fenetre de presentation, et par des cliquessouris sur des mots importants du texte.

L’idee principale des hypercartes [83] est d’etendre le concept d’hyperdocument en integrant le referencementgeographique. Certains auteurs utilisent encore le terme de ’Cartes cliquables’. La navigation dans les hypercartespeut etre realisee selon deux aspects : la navigation thematique, telle qu’elle est utilisee dans l’hypertexte, et lanavigation spatiale qui est particuliere aux hypercartes.

Les documents reglementaires et juridiques, les cartes d’aleas, les procedures de secours, les documentshistoriques, et les autres documents relatifs a la gestion des risques naturels, peuvent etre reorganises sous formed’hypercartes (figure 4.8), et donner ainsi aux gestionnaires une vue d’ensemble et rapide sur la zone d’interet. Lereferencement spatial peut avoir deux aspects :

– Le referencement spatial des nœuds des documents– Le referencement spatial des cartes et d’autres documents geographiquesUn nœud, representant un ou plusieurs concepts semantiques, peut avoir une ou plusieurs references spatiales.

Par exemple, un nœud d’une carte d’alea peut etre le cours d’une riviere, un point geodesique, ou une raffinerie.

4.3.2.5 La cartographie des risques sur le Web

Les grands changements apportes dans les domaines de la technologie Internet et de la technologie de l’infor-mation en general par l’apparition du standard XML ont eu egalement un impact sur le domaine de l’informationgeographique. Au debut, l’information geographique est presentee sur Internet en utilisant un moteur SIG sur unserveur pour generer des images cartes (GIG ou JPEG). Ces images sont ensuite incorporees dans des pages HTMLenvoyees au navigateur Web de l’utilisateur.

L’apparition en 2000 de la premiere version de GML (Geography Markup Language) [97] a offert une nouvellepossibilite : fournir l’information geographique sous forme d’entites distinctes et controler la facon dont ces entitessont affichees. Cette nouvelle approche donne la possibilite de visualiser les cartes qui en resultent dans un navigateurstandard, ce qui elimine la necessite d’acquerir des logiciels SIG du cote client.

GML est un standard base sur XML qui a ete concu pour la modelisation, le transport et le stockage del’information geographique (voir exemple de fichier GML dans la figure 4.9). La version 3.0 de ce standard developpepar Open GIS Consortium publiee en janvier 2003 constitue une avancee en raison de l’introduction, dans cetteversion, de plusieurs elements importants : le support pour les geometries complexes, la possibilite de decrire des

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Fig. 4.8 – Un exemple d’hyperdocumentation dans la gestion des risques d’inondation par les ruisseaux du GrandLyon

systemes a reference spatiale et temporelle, la topologie, les unites de mesure, les metadonnees et les styles pardefaut pour la visualisation des entites et des couvertures [97].

La creation d’une base de donnees geographiques avec GML commence par la modelisation des donnees enGML, c’est-a-dire la creation d’un schema d’application (en XML Schema) qui decrit la structure des donnees.Ensuite, les donnees sont stockees dans des fichiers GML respectant la structure de donnees qui a ete decrite et cesfichiers sont stockes dans une base de donnees. Les donnees ainsi stockees sont ensuite pretes a etre utilisees a desfins variees. Une des possibilites est de creer des cartes a l’aide des informations geographiques obtenues et pourrealiser cette tache, un autre standard base sur XML peut etre utilise, le SVG7 [127].

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Fichier GML <Road gml:id="o.1f75dc"> <name>RN12</name> <class>Route nationale</class> <centerLine> <gml:Curve>...</gml:Curve> </centerLine> <maintainer>DOT xyz</maintainer> </Road>

Fig. 4.9 – Exemple de fichier GML

7Le SVG ( Scalable Vector Graphics) est une grammaire basee sur XML pour la description d’objets graphiques en deux dimensions.Le SVG permet de gerer trois types d’objets graphiques : les formes vectorielles (courbes, lignes, polygones, etc.), les textes et les imagesraster.

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4.3.3 Le module d’integration de donnees

La recherche sur l’integration dans les systemes d’information est motivee par l’heterogeneite croissante desinformations disponibles dans des bases de donnees. L’heterogeneite dans les systemes d’information pour les risquesnaturels, n’est pas une exception, mais la complexite et la richesse des donnees et la difficulte de leur representationsoulevent des problemes specifiques pour l’integration des donnees dans le contexte de gestion de risques naturels.

L’heterogeneite semantique des sources de donnees impliquees dans la gestion des risques naturels entraınede serieux problemes. Les experts du domaine utilisent des concepts et une terminologie specifiques a leur domained’expertise, et utilisent different parametres et langages pour exprimer leur modele du concept. Les humains utilisentleur sens commun, i.e. leur connaissance sur le monde, pour traduire le sens des concepts et des termes dansleur propre terminologie. Les systemes n’ont pas generalement une connaissance sur les risques naturels et leurgestion, et doivent etre explicitement informes sur la facon de traduire un terme dans un autre. L’utilisation desontologies comme des traducteurs semantiques est une approche possible pour resoudre le probleme de conflits denomenclature et l’heterogeneite semantique souvent rencontres dans le processus de gestion de risques naturels.Recemment, l’utilisation de l’ontologie dans les systemes d’information est discutee dans [54] et specialement dansla construction des SIG [35] [82], et la creation des composants SIG a partir des ontologies [45].

Une premiere tentative d’integration de sources de donnees (generalement geographiques) s’est traduite parla traduction directe d’un format de fichier vecteur ou standard dans un autre. Cependant, ces traductions deformats peuvent mener a une perte d’information. Les alternatives qui evitent ce probleme sont generalement trescomplexes, comme les standards d’echange de donnees (Spatial Data Transfert Standard (SDTS) et Spatial Archiveand Interchange Format (SAIF)). Une large discussion sur les formats d’echanges de l’information geographiquepeut etre trouvee dans [66]. Une des strategies importantes pour l’integration est la conversion des differents formatsde donnees dans une structure de donnees commune. Une telle structure de donnees devrait etre definie et fondeesur les standards SIG existants.

Une initiative importante pour realiser l’integration des donnees geographiques est le OpenGIS Consortium.C’est une association qui cherche a definir un ensemble de specifications standards, qui vont supporter l’integra-tion des SIG. L’objectif est de definir une technologie qui va permettre au developpeur d’application d’utilisertoutes les donnees et les traitements geographiques disponibles sur Internet ou sur un reseau a l’interieur d’un seulenvironnement.

Dans cette partie, deux propositions seront developpees pour resoudre les problemes de diversite des donneeset des documents, d’heterogeneite de format, et de semantique des donnees impliquees dans la gestion des risquesnaturels, en vue de leur utilisation dans un systeme d’information. Dans une premier temps, nous allons proposerune ontologie du domaine des risques naturels. L’ontologie est un element cle pour une structuration semantique dedonnees heterogenes d’un domaine. Elle permet une specification commune et formelle des concepts du domaine.

Dans un second temps, nous presenterons une methodologie d’integration des donnees adaptee a la proble-matique de gestion des risques. Cette methodologie s’appuie sur le standard OpenGIS (figure 4.10).

4.3.3.1 La gestion des documents sur les risques naturels

La diversite des documents relatifs aux risques naturels et leur disponibilite posent le probleme de l’exploi-tation de ces ressources. L’organisation de ces ressources est donc primordial pour pouvoir realiser des taches derecherche d’information et d’exploration. Le concept d’entrepot de documents repond dans une certaine mesure aces preoccupations.

En effet, le concept d’entrepot de documents, similaire au concept d’entrepot de donnees, repose sur la cen-tralisation des informations dans l’entrepot de documents. Grace a cette centralisation, la capture, la conservation,et l’acces aux documents sur les risques naturels sont realises selon un modele unique. Certaines des fonctionalitesrequises sont :

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Thème Avec Géométrie

Thème Avec Géométrie

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Gestionnaire

Du risque

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Couverture

Cartes inondationsCartes glissementsCarte Vitesse VentCarte Hauteur Eau

CouvertureCouverture


Témoignageshistoriques

Ontologie du

domaine

Ontologie du

domaine

Annotation sémantique


Témoignageshistoriques

Documents annotés

PhénomènesSecours

Vulnérabilité

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Fig. 4.10 – Integration des donnees dans le systeme propose de reference

– La capture des documents : le systeme doit permettre l’acquisition de documents avec ou sans leursmetadonnees qui existent deja dans le systeme d’information actuel. Une fois les sources de documentsidentifiees, il va falloir extraire et charger les documents dans l’entrepot. Cette etape peut etre compliqueedans la mesure ou les documents sont fournis par des sources tres heterogenes en terme d’accessibilite. Ilpeut s’agir de bases documentaires, de sites web, etc.

– La gestion des documents : le systeme doit pouvoir gerer bien plus que des documents ecrits. Il doitpermettre la gestion de tous les types de documents image, son, video, etc. En d’autres termes, le systemedoit permettre l’indexation, la recherche et la diffusion des documents quel que soit leur format.

– Le stockage des documents : le systeme doit permettre differents supports de stockage. En outre, il doit gererles changements de format, et determiner le format adequat a l’utilisation que l’on veut de l’information.

– Le traitement et l’analyse des documents : Le traitement et l’analyse des documents stockes dans l’entrepotde documents sont necessaires, notamment pour faciliter la recherche et l’exploration. Ces traitements per-mettent de creer les index et les resumes relatifs aux documents. Ils fournissent aussi un support pour leurtraduction et leur categorisation. Pratiquement, tous les outils de traitement et d’analyse des documentsreposent sur des bases de connaissances nommees lexiques ou dictionnaires. En regle generale, une base deconnaissances peut contenir des informations morpho-lexicales (lexique, dictionnaire), syntaxique, seman-tiques (ontologies) et conceptuelles (reseaux semantiques). Dans notre travail, nous retenons l’utilisation

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des ontologies comme moyen pour gerer les informations conceptuelles portant sur le domaine des risquesnaturels (voir Section 4.4).

– L’acces aux documents : le systeme doit fournir un acces suivant le meme modele pour l’ensemble desinformations, quels que soit les formats, les contenus et les lieux physiques de stockage. L’acces aux infor-mations doit pouvoir etre realise suivant les differents modes possibles, recherche directe ou exploration.Le systeme doit permettre egalement de gerer les interactions possibles avec le document moyennant desannotations.

4.3.3.2 L’utilisation des ontologies dans la gestion des risques naturels

Le role majeur d’une ontologie pour les risques naturels est d’agir comme un medium de communication,particulierement entre les differents acteurs, entre les utilisateurs et les differents systemes d’information disponibles,et entre les differents systemes d’information.

Nous citons ci dessous les principales raisons derriere la necessite du developpement d’une ontologie8 pourles risques naturels sont :

– La confusion terminologique :Dans le domaine des risques naturels, plusieurs experts travaillent en collaboration. Leurs champs d’exper-tises sont divers : scientifiques, geologues, hydrauliciens, elus, urbanistes, amenagistes, etc. Chaque expertutilise un vocabulaire particulier (une terminologie precise commune n’existe pas). Il n’y a pas de reglepour aider a utiliser un terme. Les synonymes existent, quelques termes peuvent etre utilises dans des dis-ciplines differentes avec des sens similaires, mais non identiques (des differences semantiques apparaissenten utilisant le meme terme dans differentes disciplines). Toutes ces raisons refletent le besoin pour unestructuration des termes et des connaissances qui peuvent etre utilisees dans des applications relevant dela gestion des risques naturels.

– La modelisation du domaine :Une ontologie sur les risques naturels pretend modeliser le processus entier de la gestion et de la preventiondes risques. Une telle ontologie devrait contenir tous les concepts qui sont necessaires a la descriptiondes objets pour la gestion des risques naturels : les phenomenes, le territoire, les elements exposes, lesprocedures de mise en securite, et les documents disponibles. Ceci revient a collecter tous les conceptsque les gestionnaires utilisent dans leur reflexion, et de les placer proprement dans une hierarchie est-un-element-de et est-un-membre-de, en les annotant avec des proprietes additionnelles.

– La reutilisation :Une ontologie est creee pour etre facilement reutilisable. La reutilisation d’une ontologie est loin d’etre unprocessus automatise. Elle prend en compte non seulement les considerations de l’ontologie, mais aussi lestaches pour lesquelles elle est concue. Les termes employes dans une ontologie pour la gestion des risquesnaturels peuvent etre reutilises dans d’autres domaines comme l’amenagement du territoire, l’urbanisme,etc.

La notion d’ontologie est un element cle pour une structuration semantique de donnees heterogenes portantsur un domaine particulier. Elle permet une specification commune et formelle des concepts du domaine. Uneontologie est caracterisee non seulement par la specificite du domaine et les besoins applicatifs, mais aussi par sarichesse d’expressivite allant d’un simple vocabulaire, a de veritables bases de connaissances ou thesaurus [130] [54].

8Il existe certaines terminologies relatives aux domaines geographiques, qui peuvent etre considerees comme des ontologies. Lamajorite de ces elements sont des standards de donnees realises par des organismes, comme USGS spatial data transfer standard(SDTS), Geological data description directory(GDDD), CORINE LC Nomenclature of the European Evironmental Agency. Dans cettederniere, alors que la categorisation de l’occupation des sols a un schema hierarchique, les niveaux de la hierarchie ne refletent pas lesdifferents niveaux de concepts en terme ontologiques, parce que l’objectif etait de categoriser l’occupation des sols en se basant surl’echelle et des unites d’une certaine taille

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4.4 Proposition d’une ontologie pour les risques naturels

Nous presentons dans la section 4.4 une ontologie sur les risques naturels.

4.3.3.3 Integration des donnees

Nous presentons dans la section 4.5 une methodologie d’integration des donnees pour les risques naturels ens’appuyant sur le modele OpenGIS. Les donnees sont d’abord traduites de leurs schemas d’origines vers le schemaOpenGIS. Des regles de traduction sont presentees pour mieux adapter la traduction au contexte des risquesnaturels. Des extensions sont proposees dans le modele initial OpenGIS. Plusieurs analyses sont decrites afin dedecouvrir les conflits eventuels qui peuvent exister entre les schemas.


Nous presentons dans cette partie une ontologie relative a la gestion des risques naturels.Nous utilisons la terminologie OWL9 telle qu’elle est supportee par l’editeur d’ontologie Protege-3.0 [63].

Protege permet de saisir les elements d’une ontologie (Concepts, Proprietes, Instances, Metadonnees) dans le langageOWL. Parmi les avantages offerts par OWL, il trouve ses fondements theoriques dans les logiques de descriptionqui reposent sur une semantique formelle [63] [64].

Par opposition a d’autres formalismes comme les langages de Frames qui reposent principalement sur lesdeclarations explicites des subsomption de classes, les logiques de descriptions permettent de calculer la relation desubsomption entre les classes en se basant sur les definitions intentionnelles de celles-ci.

Par consequent, l’utilisation des definitions intentionnelles dans les ontologies permet de rendre ces dernieresplus compactes, avec moins d’erreurs, et facile a maintenir. La semantique precise des logiques de descriptionpermet de realiser des raisonnements automatiques sur les ontologies [54], comme la classification et la verificationde consistance sur des definitions de concepts.

4.4.1 Le langage d’ontologie OWL

En decembre 2003, le W3C10 a suggere OWL (Ontology Web Language) comme une recommandation11. Selonle W3C, OWL est sense etre utilise dans les applications qui necessitent le traitement du contenu de l’informationplutot que la presentation de l’information. OWL permet de representer les principaux elements d’un domaine, avecleurs caracteristiques, et les relations qui existent entre eux. Il est concu comme une extension de vocabulaire deRDF, et il a plus de facilites pour exprimer la semantique, compare a XML, RDF, et RDFS [28].

OWL a trois sous langages, avec des degres d’expressivite croissants [59] :

OWL Lite Il est destine aux utilisateurs necessitant une hierarchie de classification et des contraintes simples. Ilne permet pas l’utilisation de quelques primitives disponibles dans d’autres sous langages de OWL.

OWL DL Il permet plus d’expressivite dans la declaration des concepts. DL signifie Description Logic (voir Section4.4.1.1). Il fournit les primitives pour construire les declarations qui peuvent etre traitees par les moteursd’inferences utilisant les logiques de description.

OWL Full Il est destine aux utilisateurs qui souhaitent avoir un maximum d’expressivite dans la declaration desconcepts. Il permet l’utilisation de la syntaxe de RDF. Il n’y a pas de moteur d’inference qui soit capable desupporter toutes les caracteristiques de OWL Full.

9Ontology Web Language10World Wide Web Consortium11Proposed Recommendation

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Chacun des sous langages est une extension du precedent, chaque declaration valide dans OWL Lite est aussiune declaration valide dans OWL DL, et chaque declaration valide dans OWL LD est aussi une declaration validedans OWL Full, mais ce n’est pas valable dans le sens inverse.

OWL etend RDF-Schema (ou RDFS) pour permettre l’expression de relations complexes entre differentesclasses RDFS, ainsi que l’expression de contraintes plus precises sur des concepts et des proprietes specifiques. Pourconnaıtre les extensions introduites par OWL, nous referons a [28].

Les langages OWL Full et OWL DL reconnaissent le meme ensemble de structures de langage OWL. Ils sedifferencient par les restrictions d’utilisation sur certaines fonctionnalites et par l’emploi de fonctionnalites RDF.Le langage OWL Full autorise le melange arbitraire de OWL avec le schema RDF et, comme pour le schemaRDF, il n’exige pas une separation stricte des classes, des proprietes, des individus et des valeurs de donnees. Lelangage OWL DL impose des conditions sur l’emploi des ingredients de RDF et exige une disjonction des classes,des proprietes, des individus et des valeurs de donnees.

4.4.1.1 Logiques de description

Les logiques de descriptions [10] sont un formalisme de representation de connaissances et de raisonnementetudie depuis une trentaine d’annees. Elles constituent une famille de sous-langages de la logique du premier ordre, etont ete developpees pour la modelisation de structures hierarchiques complexes et le raisonnement sur ces structures.

A l’origine, les logiques de description sont issues de la volonte de doter des formalismes graphiques derepresentation de connaissances d’une semantique formelle rigoureuse. Ceci a abouti a l’etude de fragments de lalogique du premier ordre qui sont, dans leur grande majorite, decidables. De plus, l’experience acquise en termesd’implementation et d’optimisation assure une grande efficacite des procedures de raisonnement.

Les logiques de description permettent de decrire un domaine en deux parties : la partie intentionnelle,qualifiee de « terminologique », qui decrit les notions appelees «concepts» constituant le domaine, et la partie ex-tensionnelle qui decrit les individus qui peuplent ce domaine. Il est alors possible de raisonner sur ces descriptions dudomaine. Par exemple, on peut tester la satisfiabilite d’un concept (i.e. verifier qu’il est coherent, non-contradictoireavec les autres concepts) et classer les uns par rapport aux autres (en utilisant le raisonnement de subsomption).A partir de ces raisonnements de base, dits standard, de nombreux autres ont ete etudies, dits non standard, aussibien au niveau terminologique que des individus.

Nous presentons ci-dessous les notions de bases des logiques de description : syntaxe, semantique et raison-nements standard de subsomption et de satisfiabilite qui en decoulent.

A. Notions de base des logiques de description Nous presentons ici les notions de base des logiques dedescription utilisees par la suite dans cette these. Cette representation est basee sur le Description Logic Handbook[10] ainsi que sur la these de Ralf Kusters [77].

A.1. Langage et syntaxe Une logique de description permet de decrire l’aspect terminologique (inten-tionnel) d’un domaine en termes de concepts, qui sont des classes d’individus, et en termes de roles, qui sont desrelations binaires entre individus. Chaque concept est decrit par une description de concept, elle-meme construitepar l’intermediaire de constructeurs de concepts.

Soit NC l’ensemble des noms de concepts et NR l’ensemble des noms de roles. Les descriptions de conceptselementaires sont appelees concepts atomiques : ces concepts ne sont definis que par un nom de concept. Onnomme NA l’ensemble des concepts atomiques (on a donc NA ⊆ NC). Les descriptions complexes sont construitesrecursivement a partir des concepts atomiques, des roles et des constructeurs de concepts.

Voici quelques exemples de constructeurs parmi les plus courants :

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– Le concept universal > designe l’ensemble de tous les individus du domaine.– Le concept inconsistant ⊥ denote le concept vide correspondant a l’inconsistance logique.– La negation ¬A d’un concept atomique A definit un concept comme le complementaire dans > de A. Par

exemple, dans le domaine de la famille, si Feminin est le concept atomique qui decrit tous les individus desexe feminin, alors ¬Feminin est le concept qui decrit tous les individus qui ne sont pas de sexe feminin.

– La conjonction u exprime le concept issu de l’intersection de deux concepts. Par exemple, si Personne estle concept atomique decrivant tous les individus qui sont des personnes, alors Personne u Feminin decrittoutes les personnes de sexe feminin, c’est a dire toutes les femmes.

– La restriction de valeur et la restriction numerique «au moins» et «au plus», note respectivement ∀R.C,≥ nR et ≤ nR, expriment des restrictions sur le type de valeur et le nombre de valeurs autorisees pour unrole, respectivement. Par exemple, ∀aEnfant.Feminin decrit les individus n’ayant comme enfant que desindividus de sexe feminin. La description ≥ 3aEnfant decrit les individus ayant au moins trois enfants.

– Le quantificateur existentiel qualifie ∃R.C assure que chaque individu du concept construit est relie a unindividu de C par le role R. Par exemple, ∃aEnfant.Feminin decrit les individus ayant au moins unenfant de sexe feminin.

– La disjonction t decrit l’union de deux concepts. Par exemple, Feminin t ¬Feminin decrit les individusqui sont de sexe feminin ou qui ne sont pas de sexe feminin, c’est-a-dire tous les individus. Cette descriptionde concept est equivalente a >.

– La negation complete ¬C d’une description de concept C definit un concept comme le complementairedans > de C. Par exemple, ¬(Personne u Feminin) decrit les individus qui ne sont pas des personnes desexe feminin.

Le tableau 4.1 resume les constructeurs precedents (le constructeur ∃R est equivalent a ≥ 1R et = nR estequivalent a (≥ nR) u (≤ nR)).

Chaque logique de description, appelee aussi langage, est caracterisee par un et un seul ensemble de construc-teurs.

C,D −→ > | Concept universel⊥ | Concept inconsistantA | Concept atomique¬A | Negation atomiqueC uD | Intersection (ou conjonction)∀R.C | Restriction de valeur (ou quant. universel)∃R | Quantificateur existentiel≥ nR | Restriction numerique «au moins»≤ nR | Restriction numerique «au plus»= nR | Restriction numerique exacte¬C | Negation complete∃R.C | Quantificateur existentiel qualifieC tD | Disjonction

Tab. 4.1 – Syntaxe de quelques constructeurs de concepts

Avec A un concept atomique, C et D des descriptions de concepts, R un role et n un entier positif ou nul.

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A.2. Semantique La volonte de developper des procedures de raisonnement rigoureuses et sans am-biguıte dans les systemes a base de logiques de description exige l’assignation d’une semantique formelle auxdescriptions de concepts. La semantique denotationnelle (ou descriptive) est la plus utilisee dans ce domaine.

Informellement, etant donne un ensemble d’individus dis «univers de discours» ou «domaine d’interpreta-tion», les concepts sont interpretes comme etant des sous-ensembles d’individus du domaine d’interpretation, et lesroles comme etant des relations binaires entre ces sous-ensembles. Ces sous-ensembles d’individus et ensembles decouples d’individus constituent les extensions des concepts et des roles. Une fonction d’interpretation fait corres-pondre a chaque concept et a chaque role son extension.

Definition 1 (Interpretation)Une interpretation I est un couple (4I , .I) qui est constitue d’un domaine d’interpretation non vide 4I et d’unefonction d’interpretation .I qui fait correspondre a chaque nom de concept A un ensemble AI ⊆ 4I , et a chaquerole R une relation binaire RI ⊆ 4I ×4I .

Nous donnons maintenant les definitions des notions qui decoulent de la semantique precedente, a savoircelles d’inconsistante, de satisfiabilite, de modele, de subsomption et d’equivalence.

Definition (Satisfiabilite, subsomption et equivalence)

Satisfiabilite : Un concept C dont l’interpretation CI n’est pas vide pour au moins une interpretation I estdit satisfiable pour cette interpretation. On dit alors que I est un modele de C. Si C n’admet pas de modele, alorson dit que C est insatisfiable, ou inconsistant.

Subsomption : On dit que le concept D subsume le concept C, ou que C est subsume par D, note C v D, siest seulement si CI ⊆ DI pour toute interpretation I.

Equivalence : On dit que le concept D et le concept C sont equivalents, note C ≡ D, si est seulement siCI = DI pour toute interpretation I.

A.3. Terminologies ou TBoxes A l’image d’un schema relationnel qui decrit une base de donneesau niveau intentionnel, l’ensemble des connaissances intentionnelles d’un domaine est decrit par une terminologie.Un axiome terminologique a deux formes possibles : C v D (axiome d’inclusion de concepts) et C ≡ D (axiomed’egalite des concepts). Ainsi, les axiomes d’inclusion et d’egalite de concepts correspondent respectivement a desrelations de subsomption et d’equivalence arbitrairement definies.

Une egalite de concepts dont le membre de gauche est un nom de concept est appelee une definition de concept.Les definitions de concepts sont utilisees pour nommer des descriptions (complexes) de concepts. Les definitionsde concepts sont utilisees pour nommer des descriptions (complexes) de concepts. Les noms des descriptions deconcepts obtenus sont appeles concepts definis et sont regroupes dans l’ensemble ND (donc NC = NA ∪ND, avecNA ∩ND = ∅).

La terminologie T , ou Tbox (pour «terminological box»), est un ensemble d’axiomes terminologiques. Uneterminologie ou les descriptions manipulees sont des L-descriptions est une L-terminologie.

La semantique des axiomes terminologiques et des terminologies est la suivante. Une interpretation I satisfaitC v D si est seulement si CI ⊆ DI . I est alors un modele de cet axiome.Une interpretation I satisfait C ≡ D si est seulement C = D. I est un modele de cet axiome. Une interpretationI satisfait une terminologie T si est seulement I satisfait chaque axiome de T . Deux terminologies (axiomes) sontequivalentes si et seulement si elles ont les memes modeles.

Nous presentons maintenant les raisonnements terminologiques (concernant les concepts) des logiques dedescription.

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A.4. Raisonnement standard Il existe deux raisonnements terminologiques standard dans les logiquesde description. Le premier est le test de satisfiabilite qui consiste a verifier la coherence logique d’un concept parrapport aux autres concepts de la terminologie consideree. Le second est le test de subsomption entre les conceptsde la terminologie consideree, qui consiste a verifier si un concept est plus specifique qu’une autre. L’ensemble detoutes les relations de subsomption entre couples de concepts d’une terminologie constitue la hierarchie de conceptsde la terminologie. Le test de subsomption est a la base du processus de classification, appele aussi raisonnementtaxinomique, qui consiste a trouver automatiquement la position d’un concept dans une hierarchie.

Voici la definition precise des raisonnements de satisfiabilite et de subsomption [37], [10] :– La satisfiabilite : une description de concept C est satisfiable par rapport a une terminologie T si est

seulement si il existe un modele I de T tel que CI 6= ∅. I est alors un modele de C.– La subsomption : le concept C est subsume par le concept D selon la terminologie T (on note alors C vT D,

ou bien T |= C v D) si est seulement si CI ⊆ DI , pour tout modele I de T .Ces raisonnements standard des logiques de description sont bien adaptes a de nombreux problemes, comme

par exemple le traitement du langage naturel, ou les bases de donnees et les langages de modelisations associes.Dans le traitement du langage naturel, la semantique des connaissances manipulees dans les logiques de descriptionpeut etre utilisee dans le processus d’interpretation semantique qui consiste a desambiguıser certaines phrasessyntaxiquement ambigues. Dans les bases de donnees, on peut utiliser les raisonnements pour eviter si certainesparties d’un schema conceptuel sont correctes. Plus generalement l’interaction est tres profitable entre un systemede gestion de bases de donnees, adapte au stockage et a la gestion d’un grand volume de donnees persistantes, etun systeme de representation de connaissances et de raisonnement base sur les logiques de description bien adaptea la gestion de la connaissance intentionnelle (le schema de la base, les contraintes). Pour plus de details sur cesapplications, on se referera a la partie 3 de [10].

4.4.2 Les composantes de l’ontologie

Pour determiner le contenu de notre ontologie, et pour qu’elle puisse repondre aux besoins de conceptualisa-tion, nous nous appuyons sur la proposition de Maedche et Staab [115], qui stipule qu’une ontologie doit contenirles elements suivants : des concepts, un lexique, des relations, et des axiomes.

Dans ce travail, nous mettons l’accent principalement sur les concepts et leurs relations, en exploitant leursspecificites dans le domaine des risques naturels.

4.4.2.1 Les concepts

Les concepts constituent la partie integrante de toute ontologie, et sont egalement l’element principal pourtranscrire les termes retrouves dans le domaine des risques naturels. La presente ontologie identifie en priorite lescinq categories de concepts suivants : les elements exposes, le territoire, les phenomenes exposes, le risque, et lesrelations d’effets et d’impacts, puisqu’ils sont representatifs a la fois du domaine, et des activites reliees aux risquescomme les operations de secours, et de rehabilitations (voir figure 4.11).

– Les elements exposes et la vulnerabilite : Les elements exposes, ou les enjeux representent tous les elementsdu territoire menaces par un phenomene naturel. Dans cette categorie se retrouvent les descriptions surles personnes, les biens, les activites, les moyens, les batis, les reseaux hydrographiques, les occupations dusol, etc. Ces descriptions sont completees par des informations du type localisation, delimitation, hauteurdu batiment, nature de l’occupation, etc. La vulnerabilite exprime le niveau de consequences previsiblesd’un phenomene naturel sur les elements exposes. On distingue les vulnerabilites economique et humaine(sociales, psychologiques, culturelles, etc).

– Les phenomenes et leurs caracteristiques : Un phenomene est une manifestation, spontanee ou non, d’unagent naturel ou non. Les phenomenes sont composees principalement de deux categories : naturelle et

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technologique. Ces descriptions de phenomenes sont accompagnees d’informations en fonction de la naturede chaque phenomene. Par exemple pour le phenomene inondation, les termes descriptifs sont la hauteurde l’eau, la vitesse, et l’extension.

– Le territoire et sa description :Les termes decrivant le territoire font reference aux descriptions comme la geologie, l’altimetrie, et latopographie.

Élément exposéCadastre

RoutesRéseaux

Occupation du sol

PhénomènesAvalanchesGlissements

de terrain

Inondations

TerritoireMNT

Indice d’occupationGéologie

Ontologie 1

Ontologie 2

Ontologie 3

AffecteDéclenche

TempêteDéclenche

détruit

Inonde

déforme

Fig. 4.11 – L’interaction entre les elements dans l’ontologie

– Le risque et ses definitions : Les termes utilises dans la description des risques sont souvent la principaleconfusion dans le vocabulaire utilise par les acteurs du domaine. Ainsi, le terme risque cache de nombreuxautres termes comme l’alea, le hazard, la catastrophe, risque majeur, risque naturel, etc. Une structurationde ces termes et des liens qui les relient est une tache importante pour remedier au probleme de la confusion.

– Les effets et les impacts des risques sur les elements vulnerables : L’impact des phenomenes sur les elementsexposes est modelise dans cette categorie. Il s’agit d’identifier et de representer les relations qui peuventexister entre les phenomenes et les elements exposes : les batiments, les rivieres, les activites, etc. Nousdetaillons par la suite une relation particuliere, a savoir, Affecte.

La figure 4.12 montre quelques exemples de concepts modelises dans l’ontologie.

4.4.2.2 Les relations entre les concepts

Dans cette section, par relation, nous referons aux elements suivants :

A. Les relations comme des relations semantiques Elles refletent les relations semantiques entre lesconcepts a un niveau lexique. Les exemples de ce type de relations sont hyperonyme/hyponyme, meronyme/holonyme(voir table 4.2). Ces relations sont tres presentes dans les ontologies terminologiques comme WordNet [89]. Les hy-pernymes comptent pour des relations ”est-un”/”est type de”. Par consequent, cette relation permet d’acceder, graceaux mecanismes de subsomption, aux concepts superieurs. Au contraire, l’hyponyme permet de realiser la meme

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Fig. 4.12 – Quelques exemples de concepts modelises dans l’ontologie

relation mais dans un sens oppose : la relation de sous-concept. Les deux relations offrent le necessaire pour creerune hierarchie de concepts (taxonomies).

B. Les relations comme des proprietes semantiques Ceci concerne les ”proprietes” des concepts dansl’ontologie et les valeurs qu’elles prennent. Les proprietes sont difficiles a attribuer aux concepts. Nous distinguonsdans cette categorie les proprietes spatiales (la forme, la localisation, l’orientation, les predicats de connections, lesrelations partie-de, etc) et non spatiales.

Exemple : Batiment B est partie-de Parcelle P

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Type de relation Relation Signification Commentaire ExempleRelations non-Hierarchiques

synonyme Deux termes avec un sensunique

sens identique pluie est-synonyme-de precipitation

antonymie Deux termes avec un sensoppose

opposition protege est-antonyme-devulnerable

hyperonyme Y est hyperonyme de X, sichaque X est un type de Y

type/sous-type Phenomene est-hyperonyme-deGlissement deterrain

Relations Hierar-chiques

hyponyme Y est un hyponyme de X,si chaque Y est un type deX

sous-type/type Glissement de ter-rain est-hyponyme-de Phenomene

holonyme Y est un holonyme de X, siX est une partie de Y

tout/partie Maison est-holonyme-de Toit

meronyme Y est meronyme de X si Yest une partie de X

partie/tout Toit est-meronyme-de Maison

Tab. 4.2 – Exemples de relations semantiques entre les concepts

4.4.2.3 Les relations entre les concepts relatifs aux risques

Dans cette section, on retient, parmi les relations qui sont interessantes dans notre contexte, la relationAffecte12, et Declenche.

La premiere relation nous renseigne sur la lien qui peut exister entre un concept phenomene naturel et unautre element expose. Cette relation est verifiee si les extensions geographiques des deux concepts s’intersectent.

Surface(Inondations) INTERSECT Surface(Batiment) => Inondations Inonde Batiment.ou Surface() represente la fonction qui retourne l’extension geographique.La relation Affecte se decompose en plusieurs relations en fonction du phenomene considere et de l’element

expose pris en consideration (voir figure 4.14). L’interet de modeliser cette relation particuliere est de repondre ades questions du type :

Comment un phenomene naturel affecte-t-il un element expose ?

La decomposition de cette relation permet de renseigner sur toutes les manifestations d’un phenomene surun enjeux particulier, en prenant en consideration les elements a differentes granularites.

Par exemple : dans la figure 4.13, dans le cas du phenomene inondation, la relation Affecte est representeepar les deux relations : Inonde pour l’element Batiment, et Tue pour l’element Personne. De la meme maniere,pour le phenomene Avalanche, la relation Affecte se transforme en relation Detruit.

La relation Declenche est une autre relation specifique qui peut relier a la fois deux concepts phenomenes(un phenomene declenche un autre), ou un phenomene et un element du territoire.

12La relation Affecte a ete initialement etudie par First Inter-Agency Digital Earth Working Group de la NASA [84], et dans lecadre de la construction des bibliotheques numeriques. L’objectif etait d’etudier, tout en restant dans la simplicite, la decompositiondes relations entre les elements de l’ontologie

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��

Phénomène

. . .Inondation

facteur��

Localisation

��

Date

��

Élément exposé

Bâtiment

Nom ��

Inonde

��

Personne

��

Vulnérabilité Avalanches� �!"��

Protection

#$%&$'()*+

Exposition

,-./0123--1234501/,-./0123--1234501/

Pertes

678"��

678"��

Tue

Matériaux construction

��

��

Territoire

��

��

MNTGéologie

Fig. 4.13 – Les relations entre les concepts de l’ontologie

4.4.2.4 Liens entre relations

Cette notion conduit a la construction d’une hierarchie entre les relations. Nous distinguons dans cettecategorie les relations spatiales et non spatiales.

Generalement les relations spatiales peuvent etre regroupees dans une hierarchie. Une relation topologiqueentre deux regions dans un espace tri-dimensionnel est basee sur la comparaison de l’interieur, la limite, et l’exterieurde la region avec ceux d’autres regions. D’autres extensions de cette hierarchie sont retrouvees dans le concept demereotopologie [115] qui regroupe a la fois les relations spatiales topologiques et les relations de partie-de.

4.4.2.5 Definition

Soient A un concept phenomene, et B un concept element expose.Considerons les ensembles suivants :– EnsembleFonctions = {surface, localisation, temps, taille, magnitude, hauteur, profondeur} :

Cet ensemble represente les fonctions qui peuvent etre utilisees dans les relations.– EnsembleOperations = {<, >, =, <=, >=, Intersecte} :

Cet ensemble definit les operateurs relationnels qui sont utilises.– EnsembleRelations = {Detruit, Inonde, Tue, ...} :

Cet ensemble definit les sous relations qui sont utilisees, et qui sont relatives a un phenomene particulieret a un element expose donne.

A Affecte B , si est seulement si :– au moins un des sous composants de A est relie par une sous relation de EnsembleRelations avec le

concept B ou un de ses composants, et– si au moins une fonction de EnsembleFonctions de A est reliee par un operateur de EnsembleOpera-

tions a une autre fonction de EnsembleFonctions de B.

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Affecter

Couper_Communications

Coût_secours

Interrompre_activité

Detruire

E_IndirectE_direct

DéclencherEndommager

D_PartielD_Total

A_Préjudice

A_P_Physique

A_P_Morale

Modifier_ Territoire

M_Géologie

M_Riviere

M_Altitude

A_P_BlesserA_P_Tuer

Fig. 4.14 – Hierarchie de la relation Affecte

Exemple : Les exemples suivants montrent l’interaction entre les relations Endommage et Detruit et larelation Affecte :

- Surface(Avalanche) Intersecte Surface(Batiment), et Vitesse(Couloir-Avalanche) > 30 km ⇒Avalanche Endommage Batiment. ⇒ Avalanche Affecte Batiment.

- Surface(Avalanche) Intersecte Surface(Batiment), et Vitesse(Couloir-Avalanche) > 30km, et Hauteur(Avalanche) > 6m,⇒ Avalanche Detruit Batiment. ⇒ Avalanche Affecte Batiment.

4.4.3 La construction de l’ontologie pour la gestion des risques naturels

Uschold [124] a propose une methodologie de construction d’une ontologie en quatre etapes. La premiere,fondamentale, consiste a definir l’usage futur qui sera fait de l’ontologie. Dans notre contexte, l’ontologie doitpermettre d’exploiter des connaissances necessaires a la gestion des risques naturels, et de servir comme vocabulaireunifie a la description et a l’annotation du corpus documentaire sur les risques naturels. La deuxieme etape consiste aconstruire l’ontologie : identifier les concepts et les relations du domaine et transcrire ces notions dans un formalisme.Enfin, l’ontologie produite doit etre evaluee et documentee.

La construction de l’ontologie consiste a identifier les concepts et les relations du domaine des risques naturels,a realiser des regroupements semantiques, a donner a tous ces composants une definition et enfin a les nommer.Pour l’ontologie du domaine des risques naturels, dans un premier temps, nous avons modelise en tant que conceptsles differents elements semantiques intervenant dans la procedure de gestion des risques naturels : les phenomenesnaturels, les enjeux, les impacts des phenomenes sur les enjeux, la vulnerabilite des enjeux. Cette liste peut etreetendue pour contenir d’autres axes, tout aussi importants dans la procedure de gestion, comme les concepts utilisesdans les phases de l’evacuation et de la reconstruction.

Plusieurs phenomenes ont ete pris en compte dans l’ontologie. Cinquante concepts sont utilises pour decrire

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ces phenomenes, et qui ont ete regroupes semantiquement dans des familles de phenomenes en fonction de leursfacteurs de predisposition (les phenomenes d’origine atmospheriques, par exemple, sont les cyclone, les trombes, etles tempetes).

Rappel :On rappelle que le langage utilise pour la description des elements de l’ontologie est OWL (voir Section

4.4.1), et qu’une ontologie OWL est un graphe RDF, lequel, a son tour, est un ensemble de triplets RDF. Lasyntaxe d’echange normative OWL est RDF/XML, et les formats XML et RDF font partie du standard OWL. Lelangage OWL a ete concu pour une compatibilite maximale avec RDF et le schema RDF.

<owl:Class rdf:ID="Cyclone_Ouragan"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Phenomenes_Lies_a_Latmosphere"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Trombes"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Phenomenes_Lies_a_Latmosphere"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="tempete_et_Grains"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Phenomenes_Lies_a_Latmosphere"/>

</rdfs:subClassOf></owl:Class>

Dans un deuxieme temps, afin de pouvoir modeliser toutes les connaissances du domaine des risques naturels,il est necessaire de creer des relations autre que la hierarchie entre les concepts. Ces relations peuvent etre du typedisjonction entre deux concepts (Par exemple, un phenomene instance du concept PhenomeneDommageable nepeut pas etre une instance du concept PhenomeneNonDommageable)

<owl:Class rdf:ID="PhenomeneDommageable"><owl:disjointWith><owl:Class rdf:about="#PhenomeneNonDommageable"/>

</owl:disjointWith></owl:Class>

D’autres relations sont egalement possibles a exprimer entre les concepts comme l’intersection (u), l’union(t), etc.

4.4.3.1 Un concept

Les concepts definissent les noms des termes interessants et leurs caracteristiques logiques.Exemple

Dans cet exemple, nous declarons le concept Lahars comme etant un sous-concept de EruptionVolcanique.

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<owl:Class rdf:ID="Lahars"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#EruptionVolcanique"/>

</rdfs:subClassOf></owl:Class>

A. Expression des contraintes sur les concepts

Contraintes sur les valeurs :

owl :allValuesFrom definit un ensemble d’individus, pour lesquels toutes les valeurs de la propriete concer-neee, sont des instances d’un concept.En logique de description, elle est representee par (∀R.C)Exemple : ∀ A-Cause Perte

owl :someValuesFrom definit un ensemble d’individus qui ont au moins une relation avec une instanced’un concept.En logique de description, elle est representee par (∃R.C)Exemple : ∃ A-Cause Victime

Contraintes sur les cardinalites :

owl :maxCadinality definit un ensemble d’individus qui ont au plus N valeurs distinctes pour la proprieteconcernee.En logique de description, elle est representee par (≤nR)Exemple : A-Occurence ≤ 1 (au plus une valeur)

owl :minCadinality definit un ensemble d’individus qui ont au moins N valeurs distinctes pour la proprieteconcernee.En logique de description, elle est representee par (≥nR)Exemple : A-Occurence ≥ 1 (au moins une valeur)

owl :cadinality definit un ensemble d’individus qui ont exactement N valeurs distinctes de la proprieteconcernee.En logique de description, elle est representee par (=nR)Exemple : A-Occurence = 1 (exactement une seule valeur)

B. Les axiomes sur les concepts

1. Expressions d’equivalences :

Equivalence de concepts : deux concepts C et D sont equivalents, si toutes les declarations qui definissentC definissent aussi D, et toutes les declarations de D definissent C. Dans ce cas, tous les individus deC sont aussi des individus du concept D. Dans ce dernier cas, il peut etre interessant de l’utiliser pourrelier deux vocabulaires differents.

2. Expressions des concepts complexes :il est possible de creer des concepts complexes en utilisant les constructeurs de OWL. Ces constructeurs sontl’intersection (u), l’union (t), et le complement (¬).

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Intersection on peut definir un concept comme un ensemble d’individus qui remplissent toutes les specifi-cations declarees comme composantes de l’intersection.En logique de description, un concept qui est defini comme l’intersection de concepts primitifs ou com-plexes, est represente par :C ≡ A1 u ... uAm uD1 u ... uDn.ou Ai est un concept primitif, et Dj est un concept complexe.

Union l’utilisation de cette primitive permet de definir un ensemble d’individus qui remplissent toutes lesspecifications declarees par les composantes de l’union.En logique de description, un concept qui est defini comme l’union de concepts primitifs ou complexes,est represente par :C ≡ A1 t ... tAmD1 t ... tDn.

Complement elle inclut tous les individus qui ne sont pas membres de l’extension du concept.le complement de C est ¬ C

Les deux tables suivantes resument la syntaxe utilisee dans les expressions OWL (table 4.3 et 4.4).

Element-OWL Symbole Exemple

OWL : allValuesFrom ∀ ∀ A-Cause PerteOWL : someValuesFrom ∃ ∃ A-Cause VictimeOWL : minCardinality ≥ A-Occurence ≥ 1 (au moins une seule valeur)OWL : maxCardinality ≤ A-Occurence ≤ 2 (au plus une seule valeur)OWL : cardinality = A-Occurence = 1 (exactement une seule valeur)OWL : intersectionOf u PhenomeneHydrologique u PhenomeneGeologiqueOWL : unionOf t PhenomeneDynamique t PhenomeneMorphologiqueOWL : complementOf ¬ ¬PhenomeneDommageableOWL : oneOf {...} {Null, Faible, Moyen, Fort}

Tab. 4.3 – Exemples de concepts avec la syntaxe OWL

Ces constructeurs permettent largement de decrire les concepts non spatiaux de l’ontologie. Pour prendre encompte les autres concepts spatiaux, inherents a la gestion des risques naturels, d’autres constructeurs entre conceptssont necessaires, comme ceux permettant de decrire les relations : a l’interieur de, a l’exterieur de, adjacent, touche,et les autres relations topologiques (voir [56] pour la proposition de deux constructeurs en logique de descriptioninet intersect).

Element-OWL Symbole ExempleOWL : SubClassOf v Phenomene-Dommageable v PhenomeneOWL : SameClassAS ≡ (Phenomene ≡ Ph-Dommageable t Ph-Non-Dommageable)

Tab. 4.4 – Exemples d’axiomes avec la syntaxe OWL

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4.4.3.2 Expression des roles

ExempleDans cet exemple, nous declarons que le concept Image peut avoir comme attribut (role mono-value) Resolution.

<owl:DatatypeProperty rdf:ID="Resolution"><rdfs:range rdf:resource="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#float"/><rdfs:domain rdf:resource="#Image"/>

</owl:DatatypeProperty>

4.4.3.3 Declaration des individus

Ce sont des instances des concepts avec des valeurs specifiques pour les proprietes.ExempleDans cet exemple, nous declarons une occurrence du phenomene dommageable Avalanche : Alaska.

<PhenomeneDommageable rdf:ID="d_Alaska"><date_occurance>1982</date_occurance><date_occurance>1961</date_occurance><rdfs:comment> Le Bois de la Balme, oriente au nord-est, estclairseme de melezes et de quelques epiceas. Il comprend 2zones de caracteristiques voisines qui ne

different que par la frequence de leurs avalanches</rdfs:comment><date_occurance>1970</date_occurance><Duree>1h</Duree><Concerne><Avalanche rdf:ID="Alaska"/>

</Concerne><date_occurance>1968</date_occurance><date_occurance>1978</date_occurance><date_occurance>1960</date_occurance><Secteur>Bois de la Balme</Secteur><date_occurance>1996</date_occurance>

</PhenomeneDommageable>

4.4.3.4 Expression de la relation de specialisation

Un concept denote un ensemble d’individus. Le concept correspondant a l’ensemble de tous les individus estgeneralement appele Top (>), ou Thing.

Deux concepts A et B sont relies par une relation de specialisation (inclusion) si l’ensemble des individus deB est un sous-ensemble de l’ensemble des individus du concept A, B est alors appele un sous-concept de A :

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On note B v A.Tous les concepts sont des sous concepts de >.

Par exemple : Phenomene-Dommageable v PhenomeneUne paire d’inclusion sous la forme de {B v A, A v B} est souvent ecrite sous la forme A ≡ B. Cette

assertion est appelee une assertion d’equivalence.

4.4.3.5 Les conditions necessaires pour la definition des concepts

Les conditions necessaires permettent de specifier les proprietes que le concept doit remplir. Ceci est importantpendant la construction d’une ontologie, car on ne veut pas, par exemple, se limiter a decrire un phenomene-dommageable comme etant un type de phenomene, mais aussi de representer ce qui est specifique dansphenomene-dommageable, par opposition aux autres phenomenes.Par exemple :Un phenomene-dommageable est un phenomene qui cause des pertes, Par consequent, a l’expression initialephenomene-dommageable v phenomene, il faut ajouter l’expression :phenomene-dommageable v ∃ A-Cause Perte.

4.4.3.6 Les conditions necessaires et suffisantes pour la definition des concepts

De facon similaire, on veut representer le fait que deux concepts ont exactement les memes instances. Parexemple, puisque les phenomenes dommageables et non dommageables sont deux types de phenomenes. On a lacondition suivante :Phenomene-Dommageable v Phenomene.Phenomene-Non-Dommageable v Phenomene.

Cependant, on veut exprimer egalement qu’un phenomene ne peut etre qu’un phenomene dommageable ounon dommageable. Ainsi, on peut utiliser la condition necessaire et suffisante :(Phenomene-Dommageable t Phenomene-Non-Dommageable) ≡ Phenomene.

4.4.3.7 L’hypothese du monde ouvert

La logique de description utilise l’hypothese du monde ouvert, ce qui signifie que ce qui n’est pas declare,est un manque de connaissance (alors que dans d’autre contextes, bases de donnees par exemple, ce qui n’estdeclare, est suppose faux). Par exemple, si on ne declare pas que les deux concepts Phenomene-Dommageableet Phenomene-Non-Dommageable sont disjoints, alors on peut en conclure qu’ils peuvent avoir une intersectionnon vide.

4.4.3.8 La classification et la verification de consistance

L’un des plus importants avantages d’un langage logique comme OWL, est qu’il supporte des raisonnements.Dans notre contexte, le raisonnement signifie l’inference d’une nouvelle connaissance a partir des assertions faitespar le concepteur de l’ontologie. Les raisonneurs sont des outils qui prennent pour entree l’ontologie, et y appliquentdes mecanismes de raisonnement.

Durant la conception de l’ontologie, les mecanismes de raisonnement les plus interessants sont : la classificationet la verification de consistance.

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La classification La classification est utilisee pour inferer des relations de specialisation entre les concepts a partirde leurs definitions formelles. Le classifieur prend la hierarchie de concepts avec les expressions logiques, etretourne une nouvelle hierarchie, qui est logiquement equivalente a la hierarchie d’entree.

La verification de la consistance En plus de la classification automatique, les outils de raisonnement peuventetre utilises pour detecter les inconsistances logiques dans l’ontologie. On peut definir un concept phenomeneinconsistant, qui est a la fois Phenomene-Dommageable et Phenomene-Non-Dommageable.Phenomene-Dommageable u Phenomene-Non-Dommageable ≡ ⊥Puisque les deux derniers concepts sont definis comme etant disjoints, le raisonneur reporte qu’aucun individune peut etre une instance commue a ces deux concepts. Cette verification de consistance peut faciliter laconception, la construction, et la maintenance de l’ontologie.Dans la suite, nous proposons un exemple d’utilisation de l’ontologie sur les risques pour la description des

ressources relatives aux risques naturels.

4.4.4 L’ontologie pour les ressources sur les risques naturels

Pour decrire les documents sur les risques naturels, nous avons defini une ontologie qui, en plus de fournirle vocabulaire necessaire pour decrire les termes employes dans la gestion des risques naturels, decrit le conceptDocument avec deux proprietes : Format qui fournit le format du document (un document word, excel, lotus,jpeg), et Date de creation qui renseigne sur la date de creation du document. Le concept Document est ensuitespecialisee en plusieurs sous concepts : Image, BD, Video, Audio, Carte, Plan, Archive, Texte. Ces concepts pos-sedent une propriete particuliere qui renvoie aux termes definis dans l’autre partie de l’ontologie relative a la gestiondes risques naturels. Cette propriete est Contenu, qui assure le lien entre les concepts Document et les conceptsrelatifs aux risques. Cette propriete peut etre utilisee par un agent intelligent pour effectuer des recherches.

4.4.4.1 Implantation de l’ontologie avec Protege 3.0

L’ontologie a ete realisee avec l’outil Protege 3.0 developpee a l’universite de Stanford.

Fig. 4.15 – Le concept document

Protege 3.0 [63] est un outil de modelisation et d’acquisition de connaissances. Il est compatible avec leprotocole OKBC13 et permet ainsi une bonne interoperabilite avec d’autres outils de gestion des connaissances.

13Open Knowledge Base Connectivity

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Fig. 4.16 – Interface graphique de protege montrant certains concepts modelises dans l’ontologie

En outre, Protege 3.0 est specifiquement oriente pour la modelisation sous forme de frames, puisqu’il reprend lesstructures de concepts, slots et facettes. De plus, il est possible d’ajouter facilement des fonctionnalites a Protege sousforme de plug-ins. Ces fonctionnalites supplementaires relevent aussi bien de la visualisation que de la manipulationdes connaissances.

Protege permet egalement d’utiliser les mecanismes de raisonnement proposes par RACER14 [55] [65]. RA-CER est un systeme de representation de connaissance qui implemente des techniques de raisonnement d’unelogique de description tres expressive. Le systeme implemente la logique de description SHIQ. C’est la logique dedescription de base ALC augmentee des restrictions sur le nombre de valeurs pour un role, des hierarchies de roles,des roles inverses, et des roles transitifs.

La modelisation des connaissances sous Protege 3.0 nous a conduit a creer 235 concepts, dont environ 114specifiquement dedies a la connaissance du domaine, et 98 Slots (figure 4.18). Dans l’etat actuel, uniquement 11instances ont ete introduites dans l’ontologie. Elles ont ete introduites dans un premier temps dans le but de tester

14Renamed ABox and Concept Expression Reasoner

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Fig. 4.17 – Declaration des instances des documents dans l’ontologie

l’ontologie (figures 4.16 4.17).

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Fig. 4.18 – Les statistiques des elements presents dans l’ontologie

4.4.4.2 Un extrait de l’ontologie

Dans ce qui suit, nous presentons un extrait de l’ontologie concue avec protege 3.0 pour representer lesconcepts relatifs a la gestion des risques naturels. Le contenu complet de l’ontologie est presente dans l’annexe B.

Bien que la semantique de OWL est partiellement basee sur la logique de description, sa syntaxe est uneextension de RDF. Nous allons donc presenter le contenu de l’ontologie en utilisant la syntaxe RDF.

<?xml version="1.0"?> <rdf:RDF...xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"xmlns:owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#"

</owl:Ontology> <owl:Class rdf:ID="Texte_Reglementaire"><rdfs:label xml:lang="en">Texte Reglementaire </rdfs:label><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:ID="Document"/></rdfs:subClassOf>

</owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Zones_Administratives"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:ID="Enjeux"/></rdfs:subClassOf>

</owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Perte"/> <owl:Classrdf:ID="Zones_Ecologiques">

<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Enjeux"/></owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Cadastre">

<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Enjeux"/></owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Mouvement_de_Terrain">

<rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:ID="Phenomenes"/></rdfs:subClassOf>

</owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Debordement_Lent"><rdfs:subClassOf>

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<owl:Class rdf:about="#Par_Une_Crue"/></rdfs:subClassOf>

</owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Seisme"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Phenomenes"/>

</owl:Class> </rdf:RDF>

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4.5 Integration des donnees : Une methode basee sur le modele OpenGIS

4.5 Integration des donnees : Une methode basee sur le modele Open-GIS

Dans l’architecture proposee du systeme integre pour la gestion des risques naturels, nous avons presente unemethode pour la developpement d’une ontologie afin de construire une terminologie commune entre les differentsacteurs, et pour eviter les confusions terminologiques entre les differentes concepts et leurs descriptions, commeles elements exposes, les phenomenes, etc. L’ontologie peut servir egalement comme un thesaurus pour decrire leselements de metadonnees des sources de donnees utilisees dans le systeme.

Ce probleme d’heterogeneite, en partie resolu par l’utilisation de l’ontologie, se presente egalement lorsqu’onveut integrer plusieurs sources de donnees heterogenes dans le systeme, et notamment celles decrivant les ele-ments exposes. Ce probleme d’heterogeneite des donnees tient de la diversite des formats utilises dans le systeme,notamment les formats geographiques, la diversite de la semantique, la diversite des representations, etc.

Nous presentons dans cette partie une methodologie d’integration des donnees adaptee au contexte de la ges-tion de risques naturels. L’approche definit un certain nombre d’etapes a suivre, en commencant par l’identificationde l’objectif du systeme, et des sources d’informations disponibles. Les donnees sont organisees en trois categories :Territoire, Phenomenes, et Elements Exposes. Ensuite, la methodologie propose d’analyser les sources des elementsexposes afin d’en ressortir les schemas et les metadonnees. La methode utilise le modele OpenGIS Geodata Model(OGM) [88] comme un modele de donnees commun pour la traduction des schemas. Les schemas initiaux sont tra-duits vers le modele de donnees commun, selon des regles que nous avons definies. Ensuite, la methodologie proposede comparer les differents schemas traduits, en identifiant les conflits existant entre eux. Les conflits sont traitesdans un ordre precis, pour simplifier leur resolution. Enfin, la creation du schema externe integre est presentee.

La methode adoptee repose sur l’approche entrepot de donnees dans laquelle les donnees necessaires sontdeja integrees en amont et stockees dans une couche intermediaire. La requete de l’utilisateur n’a pas besoin d’etretraduite et transmise aux sources pour etre executee. Cette approche est interessante dans le cas de la gestion desrisques, puisque les temps de reponses aux requetes des gestionnaires peuvent etre un facteur determinant dansla gestion des catastrophes, et l’information dans ce cas est frequemment sollicitee. L’inconvenient pose par lacopie physique des donnees de leurs sources originales, peut etre contourne en ajoutant des capacites de stockagesupplementaires. De plus, l’approche basee sur la mediation peut poser dans notre cas un certain nombre deproblemes, comme le temps de reponse relativement long, et l’information qui peut etre incomplete puisque lessources d’informations15 peuvent etre indisponibles au moment du traitement de la requete, ce qui peut poser unprobleme serieux dans la gestion [118].

4.5.1 Exemple de motivation dans le domaine de la gestion des risques naturels

Pour illustrer la problematique d’integration des donnees dans les systemes de gestion des risques naturels,nous reprenons l’exemple du systeme EMMA (voir Section 3.2). Ce systeme essaye principalement de renseigner surla vulnerabilite des batiments et des personnes face a de possibles couloirs d’avalanches identifies. Ces informationsne sont pas disponibles dans une source unique. Les donnees sur les batiments sont par exemple distribuees dansdiverses sources : en provenance de la DGI16, du fichier touristique, et de la matrice cadastrale. De la meme maniere,les parcelles sont decrites par deux types de sources, DGI et cadastrale. Ces informations sont caracterisees par lefait qu’elles sont redondantes et complementaires.

15L’approche basee sur la mediation est souvent adoptee dans le cas ou le nombre de sources a integrer dans le systeme est important,ce qui n’est pas le cas generalement dans les systemes de gestion des risques naturels dans lesquels les elements a integrer (les parcelleset les batiments par exemple) sont relativement moins nombreux.

16Direction Generale des Impots

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Une autre difficulte est celle liee au nombre de formats de donnees utilises dans le systeme. Chaque sourced’information geographique utilisee possede son format de donnees interne17. Ce qui constitue une barriere aupartage de l’information. Les formats d’echanges qui ont ete ainsi developpes (Dxf, Mif/Mid, Shapefile par exemple)ne resoudront pas toutes les difficultes : les pertes d’informations lors de transferts de donnees, les problemes deredondance et de mis a jour dus a la replication des donnees, ou encore la necessite de redevelopper des applicationsnon-portables d’un systeme a un autre.

Donc pour repondre aux requetes des utilisateurs, le systeme EMMA doit decomposer la requete, interrogerchaque source a part, eliminer les redondances et les inconsistances entre les resultats, et recomposer les fragmentsde reponses dans une reponse unique et comprehensible par l’utilisateur. Ce mecanisme d’interrogation est encoreplus complique quand on utilise des donnees representant le meme element du monde reel, mais avec deux systemesde projections differents, avec deux echelles differentes, ou bien meme avec deux qualites differentes (par exemplela BD Topo18 et la BD Carto). Integrer ces sources dans un affichage multi-couches, et reporter leurs traitements(transformations, interrogations) au moment de la construction de la requete est inefficace, d’autant plus que denouveaux traitements peuvent etre appliques a ces donnees (en les combinant avec d’autres informations commeles parametres des phenomenes par exemple).

La solution proposee dans ce travail est d’integrer a l’avance ces parties d’informations19 qui sont distribueessur plusieurs sources dans une seule base consistante, non redondante, et facile a interroger. Cette approcheevitera a l’utilisateur les problemes relatifs aux difficultes semantiques entre les sources de donnees.

Une fois les sources de donnees integrees, la prise de decision peut etre ainsi optimisee, puisque le gestionnaireaura un acces facile, et optimise aux informations sur les elements exposes.

4.5.2 Le role de l’OpenGIS dans l’integration et le partage des donnees

Le consortium OpenGIS (OGC20) [88] est une organisation de membres a but non lucratif. Il a ete fondeen 1994 en reponse au probleme de la non-interoperabilite des systemes et des applications dans le domaine del’information geographique. Il compte aujourd’hui environ 200 membres parmi les principaux acteurs du marchede l’information geographique : vendeurs de systemes d’information geographiques, constructeurs de materiel etlogiciel informatique, industries, societes de developpement informatique et de service, mais egalement producteursde donnees, agences gouvernementales, universites et instituts de recherche. Les standards de l’OGC s’imposentd’ailleurs peu a peu comme norme de fait, Surtout depuis qu’en 1999, un accord de cooperation avec l’ISO leur aaccorde une reconnaissance officielle.

La vision de l’OGC, pour realiser le partage de l’information geographique sur n’importe quel reseau, appli-cation ou plateforme, peut etre resumee dans les recommandations generales suivantes :

1. l’information geographique doit etre facile a trouver, sans se soucier de la localisation physique.

2. une fois trouvee, l’information geographique doit etre facile a acceder ou a acquerir

3. les informations geographiques provenant de differentes sources doivent etre faciles a integrer, combiner, ouutiliser dans les analyses spatiales, meme si les sources contiennent differents types de donnees, ou des donneesavec des schemas differents

4. l’information geographique provenant de differentes sources doit etre facile a enregistrer, a superposer, et aadapter pour la visualisation

17en general proprietaire et ferme, c’est a dire qu’il ne peut etre utilise que sur ce systeme et sa structure n’est pas decrite parl’utilisateur

18La base de donnees topographique de l’IGN19souvent decrivant les informations sur les elements exposes20Open GIS Consortium. http ://www.opengis.org/

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5. des affichages et visualisations speciales, pour des audiences et objectifs specifiques, devraient etre facile agenerer, meme quand plusieurs sources et types de donnees sont utilises.

6. il devrait etre facile, sans efforts trop couteux, d’incorporer dans les systemes d’information des entreprises,les ressources de geo-traitements a partir de plusieurs logiciels et fournisseurs de donnees.

Pour atteindre ces objectifs, et en comparaison avec d’autres processus de normalisation comme celui del’ISO/TC 211 par exemple, l’OGC travaille au niveau de l’implementation. Il elabore des normes pour des interfacescommunes devant faciliter le developpement de logiciels et d’applications interoperables. Ces normes constituent laspecification OpenGIS (OpenGIS Specification) [88]. Les specifications donnent en particulier les details techniquespour les interfaces qui permettent a ces systemes de dialoguer. Par exemple, la specification sur les Simple Featuresdefinit et decrit les entites simples a utiliser pour representer l’information geographique, et qui constituent leselements geometriques de base a la construction d’objets complexes. Les interfaces conformes a cette specificationpeuvent communiquer la geometrie (en utilisant des figures vectorielles simples composees de points, lignes etpolygones), la reference spatiale (datum, systeme de projection, systeme de coordonnees) et les attributs d’objets(voir Section 4.5.3).

4.5.3 Le modele semantique de l’OpenGIS

Le modele de donnees de l’OpenGIS fournit un ensemble de types de donnees de base, organises dans lebut de permettre a n’importe quel systeme de communiquer avec un autre systeme par l’intermediaire d’interfaceutilisant ce modele. Parmi les objectifs a atteindre :

– fournir une definition univoque des types de primitives geometriques.– supporter la dimension temporelle.– fournir une interface qui supporte les mecanismes d’echanges de donnees.– fournir des mecanismes de description des systemes de reference qui permettent leur transformation.– fournir des mecanismes pour la description des metadonnees.– etre en accord, dans la mesure du possible, avec les standards existants dans le domaine de l’information

geographique.

Fig. 4.19 – Le modele semantique de l’OpenGIS

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Le modele OpenGIS est base sur une classe abstraite theme (feature) qui a trois specialisations : themeavec geometrie (feature with geometry), couverture (coverage), et theme sans geometrie (feature withoutgeometry) (voir figure 4.19 qui illustre le modele semantique OpenGIS).

La definition de theme avec geometrie permet aux representations geometriques complexes, d’etre asso-ciees au meme theme, et a differents themes de partager la meme representation geometrique. La localisation pourchaque theme est modelisee par le concept geometrie (geometry). Les structures geometriques (tels que les lignes,points et polygones) qui decrivent la localisation geographique du theme, sont reliees a une reference dans uneprojection donnee.

La classe couverture est une metaphore de phenomenes continus sur la surface terrestre, dont le domainespatial est une fonction c-function, qui associe chaque point de la surface au phenomene spatial represente.Une couverture peut etre specialisee dans une des representations geometriques suivantes : Image, Grille, TIN21,couverture de geometrie, couverture de surface, couverture de point discret, lignes, et autres.

Les principales sources d’information impliquees dans la gestion des risques naturels (territoire, phenomenes,et elements exposes) peuvent souvent etre representees par les structures basiques de donnees geographiques : lesthemes avec geometries, et les couvertures.

Par exemple, les informations sur les phenomenes, qui sont principalement des donnees localisees, ont souventune structure de champs (field) de donnees. Les valeurs utilisees pour decrire les phenomenes sont des fonctions surun domaine spatial (intensite, hauteur d’eau, vitesse de chute, . . .), et d’une maniere generale, la valeur est fonctionde la localisation spatiale. Par contre, les elements exposes sont souvent construits a partir d’objets spatiaux, degeometrie simple (route), ou de geometrie complexe (batiments, lacs).

Les objets geometriques utilises pour construire les themes sont principalement les points, les lignes, et lessurfaces, et dans quelques cas des blocs et des volumes. Les relations topologiques des themes peuvent egalementetre explicitement encodees avec des relations de connections, d’adjacences, et d’associations.

Le modele de donnees OpenGIS est un modele generique, et les descriptions des metadonnees qui sontassociees avec les themes, doivent etre adaptees. Les metadonnees sont representees par une entite principaleMDMetadata. Cette entite qui est obligatoire, contient a la fois des elements obligatoires et des elements optionnels.Elle est une agregation des entites donnees (figure 4.20) :

Fig. 4.20 – La classe des metadonnees et ses composantes21Triangular Irregular Network

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Pour adapter cette structure de classes du modele OpenGIS a notre contexte, des specialisations de classesont ete ajoutees.

4.5.4 Les etapes de la methodologie pour l’integration des donnees

La figure 4.21 montre les differentes etapes proposees pour l’integration des donnees pour la gestion desrisques naturels. Elle est composee principalement des cinq etapes suivantes :

1. La definition de l’objectif du systeme a construire,

2. La definition des informations a collecter,

3. La traduction des schemas

4. L’analyse des schemas : identification des conflits, et leur resolution,

5. Et finalement, la construction du schema integre.

Définir les informations à collecter(Données hétérogènes)

Territoire(Vecteur/Raster, Fichier, texte)

Phénomènes(Vecteur/Raster, Fichier, texte)

Eléments exposés(Vecteur/Raster, Fichier, texte)

Choix de l’objectifdu système

Eléments àintégrer

MitigationPréparationRéponseRétablissement

Identifier les éléments àintégrer

Traduction desschémas des don

nées vers lemodèle OpenGIS

La description desmétadonnées des schémas

La description desschémas d’export

(application des règlesd’intégration)

Schémas exprimésdans OpenGIS

L'application d’un nombre derègle afin de garantir latraduction des schémasinitiaux tenant compte ducontexte de gestion des

risques naturels

Identification deséléments en

correspondance

Déclarations des conflits entreles éléments en

correspondances

Résolution des conflits

Intégration desschémas

Préparation

des

données

Préparation

des

schémas

Identification et

déclarations des

correspondances

Résolutionsdesconflits

Intégration desschémas

Fig. 4.21 – Les etapes de la methodologie d’integration proposee pour la gestion des risques naturels

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4.5.4.1 Definir l’objectif du systeme a construire

La definition de l’objectif du systeme (l’evaluation de la vulnerabilite, la gestion des secours, l’evaluationdes pertes suite a une catastrophe, etc.) permet de limiter le nombre de sources a utiliser. Meme si certainessources peuvent etre utilisees pour plusieurs finalites (l’etablissement d’un plan de secours, la gestion des secours,l’evaluation de la vulnerabilite, etc.), leur utilisation differe selon les cas, et de ce fait, les vues sur ces sourcesdifferent.

Par exemple dans la gestion de l’apres inondation, les centres sportifs peuvent etre percus comme des lieuxd’hebergement ou peuvent etre donnes des secours d’urgences. Dans ce cas, on a donc plutot besoin de connaıtrela capacite d’accueil du centre ; alors que dans le cas de l’evaluation de la vulnerabilite, ce meme centre sportif seraconsidere comme un batiment dont on aura besoin de connaıtre en plus de sa capacite d’accueil pour recenser lespersonnes en danger, les materiaux de constructions du centre, le nombre d’etages, l’annee de construction ; desinformations qui ne proviennent pas generalement de la meme source.

D’autres parametres doivent etre verifies dans cette etape, comme l’echelle dans laquelle le systeme doit etrerealise : a l’echelle de la commune, du departement, de la region, du pays, etc.

Egalement, l’identification des phenomenes interessants dans cette etape permet a la fois de definir lessources de donnees qui les decrivent, ainsi que les ressources sur les elements exposes menaces par ces phenomenes.Une attention particuliere doit etre portee sur l’adequation des donnees sur les elements exposes par rapport auxphenomenes etudies.

Par exemple, les informations sur des habitations se trouvant dans des etages elevees (+5 par exemple) nepresentent pas le meme interet dans l’etude des avalanches que dans l’etude des tremblements de terres. Aussi dansle cas des avalanches, ces habitations sont moins vulnerables, et donc sont moins menacees.

4.5.4.2 Definir les informations a collecter

Les informations a utiliser dans la gestion des risques naturels dependent donc principalement de l’objectifdu systeme, du type de phenomene a considerer, et de l’echelle de l’etude (commune, region, etc.). Dans ce cas,certaines informations sont complementaires, d’autres sont redondantes, voire contradictoires. Nous distinguonsprincipalement trois categories d’informations :

– Des informations sur les phenomenes naturels.– Des informations sur le territoire.– Des informations sur les elements exposes.La gestion des risques naturels repose sur la connaissance de ces trois composantes et de leurs interactions

mutuelles. La connaissance de ces composantes repose sur l’analyse de nombreuses sources d’informations : tex-tuelles, cartes, bases de donnees, fichiers plats, images, plans, etc. La propriete commune de ces sources, est qu’ellessont souvent tres heterogenes, et presentent des incoherences et des inconsistances a plusieurs niveaux : au ni-veau de leurs schemas, de leurs zones de couvertures, de leurs echelles d’acquisition des donnees, de leursstructurations, de leurs frequences de mises a jour, etc.

La connaissance des phenomenes naturels s’est longtemps faite par des cartes montrant la distributiondes aleas sur un espace geographique delimite. Ces approches reposent souvent sur le traitement d’informationshistoriques, et non sur des modelisations numeriques impliquant d’autres informations comme la topographie,l’hydrologie, et l’hydraulique. Actuellement, la connaissance des phenomenes repose davantage sur des modelisationsde plus en plus complexes. Le resultat de ces modelisations est souvent sous forme de cartes.

Quant a la connaissance du territoire, la plupart des informations qui permettent de le decrire sont denature geographique. Le moyen le plus traditionnel est la carte avec ses composantes classiques : topographiques,planimetriques, et thematiques.

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La topographie, meme si elle a ete decrite par des cartes plus ou moins precises (cartes IGN par exemple),reste neanmoins mal adaptee a la problematique d’analyse et de gestion des risques. En milieu urbain, la visionde la morphologie de la zone urbaine est masquee par toutes les transformations apportees par l’homme et peudu modele naturel initial est sauvegarde. Egalement, la planimetrie est rapidement evolutive, et les systemes etprocedures actuels ne permettent guere une actualisation efficace de l’occupation des sols et des caracteristiquesprecises des ouvrages.

Les donnees sur les elements exposes sont, de meme que pour les donnees sur le territoire, loin d’etreadaptees a la problematique d’analyse et de gestion des risques naturels. La plupart des bases de donnees urbainesn’ont pas ete concues dans la perspective de les reutiliser dans la gestion des risques naturels. Malgre l’inadequationdes sources citees ci-dessus par rapport a la problematique de la gestion des risques naturels, elles restent neanmoinsles seules sources disponibles [2].

A. Identifier les elements a integrer Generalement, les elements exposes (comme les batiments, les rues,les parcelles, etc) sont les principaux elements a integrer (figure 4.22). Les descriptions de ces elements proviennentde plusieurs sources, et necessitent d’etre integrees et corrigees de toutes les inconsistances possibles qu’elles peuventcontenir. Cette distribution de l’information est souvent penalisante, surtout que la reaction dans un contexte decatastrophe naturelle exige souvent une disponibilite immediate de l’information, et sous une forme simple etcomprehensible par les utilisateurs.

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Fig. 4.22 – Integration des sources de donnees pour avoir une vue consolidee sur chaque element expose

- 128 -


Les informations sur les elements exposes se declinent dans plusieurs categories de donnees telles que : les donneessocio-economiques, les donnees fiscales, les donnees sur les constructions, les donnees sur les infrastructures, etc.Ces informations presentent des heterogeneites principalement au niveau :

1. de l’unite decrite : parfois l’unite decrite par la source de donnees est un batiment, alors que dans d’autrescas c’est une parcelle,

2. du modele de representation des donnees : certaines sources sont gerees dans des SGBD avec un modelerelationnel, d’autres sont representes par des modeles objets, ou objets relationnels.

3. de l’echelle : l’echelle est sans doute l’un des elements qui pose souvent des problemes pendant l’integration dessources a differentes echelles. Par exemple, la BD Topo et la BD Carto decrivent des elements planimetriquesa deux echelles differentes.

4. d’autres niveaux d’heterogeneite peuvent apparaıtre, comme les conflits des sources de donnees, les conflitsde metadonnees, etc.

Pour preparer l’integration des donnees, la table 4.5 sera construite pour chaque element expose. Pour chaqueelement expose, une liste des sources descriptives est donnee, avec le nom du schema, et une description de la source.

Element expose Sources disponibles Schema Description

Bati DGI (fichier proprietes batis) S1 ...PCI (source geographique) S2 ...BD Topo (source geographique) S3 ...BD Carto (source geographique) S4 ...... ...

Parcelle DGI (fichier proprietes non batis) S5 ...PCI (source geographique) S2 ...BD Topo (source geographique) S3 ...BD Carto (source geographique) S4 ...

... ... ... ...

Tab. 4.5 – Identification des sources disponibles pour les elements exposes

4.5.4.3 L’integration des sources de donnees

La premiere etape de l’integration consiste a decrire les schemas des sources de donnees en utilisant un modelede donnees commun ; le modele utilise est celui du OpenGIS. La description des schemas sources est decomposeeen deux niveaux :

1. la description des metadonnees des schemas,

2. et la description des schemas d’export.

A. La description des metadonnees des schemas Cette etape decrit les metadonnees des schemas enutilisant l’ensemble des classes proposees par l’OpenGIS. Ces dernieres sont composees d’une classe principaleMDMetadata completee par 12 classes (voir le modele semantique OpenGIS dans la section 4.5.3).

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Pour chaque schema, l’administrateur cree une specialisation de la classe theme (feature). Ensuite, dessous classes de MDMetadata seront creees. Pour representer le schema, des sous classes de theme (feature) serontcreees.

Les valeurs des attributs de MDMetadata sont les memes pour la plupart des sous objets qui heriteront lesproprietes de la classe theme. Cependant, certaines proprietes peuvent etre differentes pour d’autres sous objetstels que MaintenanceInformation, ReferenceSystem, ApplicationSchemaInformation, etc.

MDRisqueNaturelDataCategorie

MDCategorie : Catégorie données (liste de valeurs)

Catégorie données:PhénomèneTerritoireEléments Exposés

MDUsage

MDMetadata

MDIdenti ficat ion

Fig. 4.23 – Extension de la classe MDMetadata

Pour completer la liste des elements de metadonnees disponibles et l’adapter aux contexte de la gestion des risquesnaturels, une nouvelle classe de metadonnees a ete ajoutee pour permettre de renseigner sur l’appartenance dela source a l’une des trois categories de donnees identifiees auparavant : territoire, phenomene, elements exposes.La classe ajoutee est appelee MDRisqueNaturelDataCategorie. Elle specialise MDIdentification, et elle doit etrerenseignee, en choisissant la valeur de son attribut obligatoire MDCategorie de la liste predefinie : {territoire,phenomene, element expose, autres} (voir figure 4.23).

B. La description des schemas locaux Dans cette etape, la specification de chaque schema source est tra-duite dans le modele de donnees commun en utilisant les classes OpenGIS. Cette traduction doit etre accompagneeet dirigee par un ensemble de regles pour rendre l’operation plus homogene. Chaque source offre son propre modelede donnees pour representer les objets. La description des schemas de donnees implique une reconstruction seman-tique et un mapping du schema natif dans le modele source vers le modele de donnees OpenGIS. Ceci necessitel’identification des meilleures classes OpenGIS pour decrire chaque element dans le modele de donnees source.

Pour representer les schemas locaux, les sous classes de theme doivent etre creees. Les sources utilisees dansla gestion des risques naturels sont le plus souvent des couches thematiques qui decrivent une des trois composantescitees auparavant, a savoir : le territoire, le phenomene, et les elements exposes. Donc, pour chaque source, on

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associera une sous classe de la classe theme selon son contenu. Par exemple, pour une source decrivant le territoire,on creera un objet de la classe territoire, qui herite aussi de la classe Theme (voir figure 4.24). On refait la memechose pour les objets decrivant les phenomenes et les elements exposes. Les regles qui doivent etre appliquees pour

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Fig. 4.24 – Extension de la classe Theme

traduire les schemas des donnees sont les suivantes :

<Regle 1> Les sources de donnees decrivant le territoire et sans composante geometrique doivent d’abord etregeocodees22, ensuite doivent specialiser la classe AGTerritoire.

<Regle 2> Les sources de donnees decrivant le phenomene et sans composante geometrique, doivent d’abord etregeocodees, ensuite specialiser la classe AGPhenomene.

<Regle 3> Les sources de donnees decrivant les elements exposes et sans composante geometrique doivent etregeocodees, ensuite specialiser la classe AGElementexpose.Dans ces trois premiers cas, l’objet geometrique (Object GM) associe aux themes, peut etre une des primitivesgeometriques point (Point GM), ligne (Courbe GM), surface (Surface GM) ou solide (Solide GM) (voir figure4.25). Ces sources qui ne contenaient pas de composantes geometriques, vont etre associees a une des primitivesdans le systeme de reference, permettant de localiser les informations qu’elles representent.

<Regle 4> Les sources de donnees decrivant le territoire et avec composante geometrique, doivent d’abord etregeoreferencees dans un meme systeme de reference23, si elles n’ont pas le meme systeme de reference, ensuitedoivent specialiser la classe AGTerritoire.

22Le geocodage consiste a associer a un point de l’espace ses coordonnees dans un systeme defini. Pour un systeme d’informationgeographique travaillant en deux dimensions, il s’agit donc de definir la position d’un point par un couple de coordonnees (X, Y). Lepoint ainsi repere peut alors etre integre dans le SIG pour y faire l’objet de traitements mettant en jeu sa position geographique.

23Le georeferencement est l’operation qui consiste de passer d’un systeme de coordonnees a un autre. Il est realise en s’appuyant surun ensemble de points connus dans les deux systemes.

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<Regle 5> Les sources de donnees decrivant le phenomene et avec composante geometrique doivent etre geore-ferencees si elles n’ont pas le meme systeme de reference, ensuite specialiser la classe AGPhenomene.

<Regle 6> Les sources de donnees decrivant les elements exposes et avec composante geometrique doivent etregeoreferencees si elles n’ont pas le meme systeme de reference, ensuite specialiser la classe AGElementexpose.

<Regle 7> Les sources de donnees decrivant le territoire et ayant une structure Couverture, doivent d’abord etregeoreferencees, ensuite specialiser la classe CVTerritoire.

<Regle 8> Les sources de donnees decrivant le phenomene et ayant une structure Couverture, doivent specialiserla classe CVPhenomene.

<Regle 9> Les sources de donnees decrivant les elements exposes et ayant une structure Couverture doiventspecialiser la classe CVElementexpose.Dans ces trois derniers cas, s’il s’agit d’une source image qui n’est reliee a aucun systeme de reference, celleci doit etre rectifiee24.

<Regle 10> A la geometrie de chaque objet geographique doit correspondre l’objet ObjetGM (voir figure 4.25).<Regle 11> Le nom de chaque classe sera remplace par le nom du schema suivi de ” : : ”, suivi du nom de la

classe.<Regle 12> Les termes qui decrivent l’objet du theme seront choisis dans une ontologie25 ou un thesaurus.

Fig. 4.25 – La classe ObjetGM et ses composantes

24La rectification est la deformation a faire subir a l’image brute pour obtenir une image corrigee dans le referentiel choisi. Cettedeformation est definie par le modele de deformation.

25voir Section 4.3.3.2 sur les ontologies

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<Regle 13> Pour chaque propriete, il doit etre fournit son nom, le format, et le domaine :– Pour les domaines atomiques, les types de bases : entiers, booleens, chaınes de caractere, date, le temps.– Pour les domaines enumeres, le type enumeration.

<Regle 14> Pour chaque grandeur mesuree, il doit etre fournie son unite de mesure (UdM), elle peut etre uneunite de mesure d’un angle, d’une surface, d’une longueur, d’un temps, d’une vitesse, ou d’une echelle.

<Regle 15> Les relations conventionnelles entre les classes doivent etre instanciees et representees par les classesOpenGIS de type FrRelation, en fournissant les proprietes qui decrivent leurs cardinalites, les roles desthemes, et leurs attributs.

Dans le present travail, l’etude des proprietes de ces regles n’est pas traitee. Ce probleme reste a explorer.

4.5.4.4 Analyser les schemas

Lorsque les schemas initiaux sont traduits vers le modele OpenGIS, l’etape suivante consiste a identifierles elements en commun dans les bases existantes26. Par consequent, nous dirons que deux bases de donnees ontquelque chose en commun si les portions du monde reel qu’elles representent ont des elements communs (i.e. uneintersection non vide).

Schéma 1

Schéma 2

Schéma 3

Déclaration des correspondancesAssertions de Correspondances Inter-schéma ACIAssertions avec Identifiants Correspondants AICAssertions avec Attributs Correspondants AAC

Résolution des conflits

Fusion des schémas

Règles d’intégration

Conflits structurels et sémantiques

Fig. 4.26 – Les etapes de l’integration des schemas, d’apres [35]

Nous dirons que deux elements (occurrence, valeur, tuple) de deux bases de donnees sont en correspondances’ils decrivent le meme element du monde reel (objet, lien ou propriete). Les specifications suivantes doivent etrefournies pour definir completement une assertion de correspondance entre les schemas :

– quels sont les elements en correspondances ?– comment leurs extensions sont liees ?– comment les instances correspondantes sont identifiees dans les extensions ?– comment leurs representations sont liees ?Pour repondre a ces questions, des analyses doivent etre realisees sur les sources de donnees : comme l’analyse

du systeme de reference, l’analyse de la semantique, l’analyse de la qualite...,etc.L’analyse des schemas est realisee en utilisant les assertions developpees dans [35], et qui sont constituees

principalement des trois categories d’assertions suivantes (figure 4.26) :

Assertions de Correspondances Inter-schemas (ACI) :Ces assertions mentionnent les elements en correspondance. Elles permettent de relier pour des entites dumonde reel, les elements dans les differentes bases qui les representent. Generalement, une ACI prend la formesuivante :

26Par exemple, nous voulons savoir si le batiment X qui est represente dans la base A est aussi represente dans la base B, memesi les deux occurrences possedent des attributs completement differents

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ACI BD1.element1 <RE> BD2.element2

Ou <RE> est :une relation ensembliste qui peut etre l’equivalence (≡), l’inclusion (⊆), l’inclusion stricte (⊂), l’intersection(∩), la contenance stricte (⊃), la contenance (⊇), et la disjonction (6=).

Assertions avec Identifiants Correspondants (AIC) :La declaration ACI doit etre enrichie par une clause specifiant comment les instances correspondantes sontidentifiees dans leur extension. Ceci est le role de AIC. Elle a pour objectif d’indiquer les attributs quipermettent de detecter les couples d’instances representant les memes phenomenes.

Assertions Avec Attributs correspondants (AAC) :Au sein de l’information disponible pour un meme phenomene, une partie de l’information est redondante. Afind’eviter cette duplication d’information dans la BD integree, la clause AAC est utilisee dans les declarations.

Dans ce qui suit, nous presentons des exemples d’assertions en se basant sur les sources suivantes : DGI,PCI, et GeoRoute.

Rappelons que la source DGI est une source de donnees qui fournit des informations sur un ensemble d’ele-ments exposes, mais sans fournir d’informations geographiques. Les elements exposes sont les parcelles (surface), leslocaux (surface), les voies (courbe), les lieux dits (surface). La source PCI est par contre une source qui decrit prin-cipalement la geometrie de certains elements exposes, en fournissant egalement des informations alphanumeriques.GeoRoute decrit le reseau routier en fournissant des informations sur la geometrie des routes et leurs caracteris-tiques. Une description de ces donnees est presentee dans l’annexe A.3.

Nous distinguons trois categories d’analyses. La premiere categorie concerne l’analyse des informations conte-nues dans les metadonnees decrivant les sources de donnees. Elle concerne l’analyse des informations contenues dansles classes MDMetadata. La deuxieme categorie concerne l’analyse proprement dite des schemas, en identifiant lesinconsistances semantiques entre les differents elements des schemas. Et finalement, la derniere categorie identifieles conflits geometriques existants entre les sources de donnees.

A. L’analyse des metadonnees

A.1. L’analyse du systeme de reference Cette etape resout les conflits entre les parametres dusysteme de reference dans les schemas. Cette etape est necessaire au debut de l’integration car elle permet de mettreles differentes sources dans un meme systeme de reference. Pour detecter ces conflits de systeme de reference, laclasse metadonnees MDReferenceSystem est analysee. En effet, Cette classe contient la description des systemesde references spatiale et temporelle utilises dans les sources de donnees. La decouverte d’une difference dans lessystemes de references implique l’utilisation des transformations necessaires pour traduire toutes les sources dansun seul systeme.

Exemple :

Theme.PCI.(MDMetadata).(MDReferenceSystem) ≡ UTM, LambertTheme.GeoRoute.(MDMetadata).(MDReferenceSystem)≡ Lambert II

Theme.GeoRoute.(MDMetadata).(MDReferenceSystem).(MD CRS).(Ellipsoide) ≡ Clarke 1880 IGNTheme.GeoRoute.(MDReferenceSystem).(MD ProjectionParameters).(Parallele Standard)≡ Paris

A.2. L’analyse de l’identification de l’information L’etape suivante est de comparer les informa-tions sur l’identification des sources. L’identification de l’information permet l’identification des donnees a traversl’analyse des deux classes MD Metadata et MD Identification. Elle permet de capturer les donnees a travers desinformations sur la citation des ressources, l’objectif, le resume, la personne de contact, etc.

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Theme

MD_ProjectionParametersZoneParallele standardLongitude du Meridien CentreLatitude de projection Origine

MD_EllipsoidParametersAngle AzimuthAzimuthMesurePointLongitude

GeoRoute_AG_Theme

RS_ReferenceSystemNom : projections Lambert 93 ou Lambert IIDomaine de Validité : suivant les zones

MD_CRSProjection : Lambert II étendue, Lambert 93Ellipsoid : Clarcke 1880 IGNDatum

MD_Metadata

MD_ReferenceSystemIdenitificateur du système de référence : projections Lambert 93 ou Lambert II

(a) Instance de la classe MD ReferenceSystem de GeoRoute

Theme

MD_ProjectionParametersZoneParallele standardLongitude du Meridien CentreLatitude de projection Origine

MD_EllipsoidParametersAngle AzimuthAzimuthMesurePointLongitude

PCI_AG_Theme

RS_ReferenceSystemNom : UTM, Lambert ou Gauss-LabordeDomaine de Validité : suivant les zones

MD_CRSProjectionEllipsoidDatum

MD_Metadata

MD_ReferenceSystemIdenitificateur du système de référence : : projections UTM, Lambert ou Gauss-Laborde

(b) Instance de la classe MD ReferenceSystem de PCI

Fig. 4.27 – Instances de la classe MD ReferenceSystem

La classe MDIdentification, qui est l’entite obligatoire utilisee dans OpenGIS pour identifier les donnees,est une agregation des entites suivantes : MDFormat, MDGraphic, MDUsage, MDConstraints, MDKeywords,et MDMaintenanceInformation. La comparaison entre ces differentes entites peut etre reduites aux trois fonctionssuivantes :

1. Analyse du format de donnees : en comparant l’entite MDFormat des sources, et en faisant les transformationsde format si c’est necessaire.

2. Analyse des mots cles : ceci est realise en analysant les termes qui ont ete utilises pour decrire les sources dedonnees. Le fait que ces termes aient ete ajoutes aux sources a partir d’une ontologie facilite cette etape etrend la comparaison plus souple a effectuer. Cette analyse permet de faire une autre classification des sourcesen fonction des mots cles.

3. Analyse de l’usage des donnees : la derniere classification des donnees peut etre controlee et enrichie parl’analyse de l’usage des donnees. Ceci est realise en analysant la classe nouvellement creee qui s’appelleMDRisqueNaturelDataCategorie. Dans cette classe, on verifie la valeur de l’attribut obligatoire MDCategoriequi prend l’une des valeurs suivantes : territoire, phenomene, element expose, et autres.

Theme.DGI.(MDIdentification).(MDCategorie).(MDRisqueNaturelDataCategorie) ≡ Element Expose

4. Analyse des contraintes associees aux sources de donnees : Les contraintes concernent les restrictions placeessur les donnees. L’entite relative MDConstraints, qui est optionnelle, renseigne sur la restriction a avoir surles donnees en affectant aux donnees un code de restriction du type : copyright, patent, trademark, license,etc.

La classe MDIdentification peut etre sous-classee en deux sous classes, dont la principale est MDDataIdentificationqui peut etre utilisee pour identifier les donnees. La deuxieme sous-classe MDServiceIdentification peut etre utiliseepour identifier le service, elle fournit une description de haut niveau du service 27.

27pour plus d’information, voir ISO 19119

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MDMetadata

Identificateur de Fichier : Direction generale des impôtsLangage : FrançaisContactDate : 1998

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(a) Instance de la classe MD Metadata de DGI

Theme(from )

PCI_AG_Theme(from )

CI_Responsible_PartyNom Organisme : Service Territorialement compétent du CadastreInfo Contact : Reponsable Cadastre

MDMetadata

Identificateur de Fichier : Plan cadastral InformatiséLangage : FrançaisContactDate : 1998

(from )

(b) Instance de la classe MD Metadata de PCI

Fig. 4.28 – Instances de la classe MD Metadata

A.3. L’analyse de la qualite de l’information La description des donnees est essentiellement neces-saire lorsque les donnees sont collectees par un organisme pour etre utilisees par un autre. La qualite d’un lot dedonnees depend de l’objectif fixe initialement pour son utilisation, ainsi que celle qui en est reellement faite. Etantdonne qu’un lot de donnees n’est generalement pas produit en vue d’une application particuliere mais plutot pourun ensemble suppose d’applications (le cas par exemple des donnees IGN qui sont produites pour un ensemble d’ap-plications cartographiques), differentes composantes de la qualite doivent etre verifiees : la completude des donnees,la precision thematique, la precision temporelle, la precision de la position, et la consistance logique. L’analyse dela classe MDDataQuality permet d’apprehender la qualite des sources et d’identifier celles qui repondent a l’objectifdu systeme (Etape 1 : 4.5.4.1) L’entite MDDataQuality est optionnelle, et contient une evaluation assez generalede la qualite d’un lot de donnees. Elle est une agregation de deux classes : DQLineage et DQElement. Cinq entitespeuvent representer les elements de la qualite des donnees, et qui sont relatives a : la completude des donnees, laconsistance logique des donnees, la precision de la position, la precision thematique, et la precision temporelle.

DGI.(MDDataQuality).(QDElement).(DQCompletude).(Comment) ≡ Couverture National

A.4. L’analyse de la maintenance de l’information Toutes les sources ne sont pas maintenues dela meme maniere, principalement la frequence de mise a jour qui peut etre differente d’une source a une autre(continue, journaliere, hebdomadaire, annuelle, etc.). L’analyse de l’attribut MaintenanceAndUpdateFrequency dela classe MDMaintenanceInformation permet d’identifier les differences de frequences de mise a jour.

A.5. L’analyse de la representation spatiale de l’information Avant de comparer les geometries etles details des sources geographiques, une analyse des informations sur les representations spatiales de l’informationest necessaire, car elle permet de regrouper les sources geographiques selon leurs representations. Deux categories

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MD_ConstraintsLimitations d'usage

Theme

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Md_ServiceInformation

MD_Legal_ConstraintsContrainte d'accès : le fichier est accessible à tout demandeurContrainte d'utilisation : l'acquéreur doit signer un engagement de non-cession à un tiersAutres contraintes

MD_SecurityConstraintsClassificationSystème de classification

PCI_AG_Theme

MDMetadata

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MD_Format

Format : EDIGÉO

MD_KeywordsMots_clés : bâtiment, parcelle, rue, occupation du solType : thèmeNom de l'ontologie : OntoRN

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(a) Instance de la classe MD Identification de PCI

Theme

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Md_ServiceInformation

MD_Legal_ConstraintsContrainte d'accès : produit réservé aux collectivités territoriales, administrations, organismes sous contrôle publicContrainte d'utilisation : l'acquéreur doit signer un engagement de non-cession à un tiersAutres contraintes

MD_SecurityConstraintsClassification : non classéSystème de classification

DGI_AG_Theme

MDMetadata

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MD_FormatFormat : BD relationnel

MD_KeywordsMots_clés : local, parcelle, ...Type : themeNom de l'ontologie : OntoRN

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MD_ConstraintsLimitations d'usage

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(b) Instance de la classe MD Identification de DGI

Fig. 4.29 – Instances de la classe MD Identification

de representations sont a identifier : les representations raster et vecteur. La classe MDSpatialRepresentation (voirfigures 4.32(a) et 4.32(b)) permet d’analyser les differences de representation, et dans le cas des representationsraster, de verifier si les sources sont georectifiees et georeferencees.

PCI.(MDMetadata).(MDSpatialRepresentation).(MDVectorRepresentation) ≡ Polygone, Ligne, Point

A.6. L’analyse du contenu de l’information Avant d’analyser semantiquement les schemas, cetteetape est necessaire afin d’etudier les metadonnees decrivant le contenu des couvertures et des themes contenus dansles sources de donnees. La classe MDContentInformation contient les informations sur les couches d’informations.L’analyse de cette classe dans les differents schemas permet de comprendre la nature des informations dans lessources.

DGI.(MDMetadata).(MDContentInformation).(MDFeatureCatalogueDescription) ≡ Element ExposePCI.(MDMetadata).(MDContentInformation).(MDFeatureCatalogueDescription) ≡ Element Expose

B. L’analyse de la semantique des schemas L’objectif de cette etape est d’etablir un degre de proximitesemantique entre les classes des schemas, en identifiant leurs similitudes et leurs differences. Quand il faut integrerdes classes ayant le meme type et la meme population, l’integration est triviale : la classe integree est identiqueaux classes d’entrees. Malheureusement, les entites du monde reel ont ete modelisees independamment dans lesdifferentes bases de donnees. Il n’y a donc aucune raison pour que les differents concepteurs aient utilise la mememodelisation du monde reel. De ce fait, les classes a integrer presenteront clairement des differences dans leursstructures ou dans leurs populations. Ces differences sont appelees conflits d’integration. Il faut pouvoir les identifier.Dans le cadre de l’integration des sources de donnees relatives aux risques naturels, une seule categorie de conflitsest traitee :

B.1. Les conflits portant sur la description des classes Cette analyse consiste a observer le niveauintentionnel des classes specialisees de theme pour chaque paire de schemas. On cherche les termes qui decrivent lesclasses pour determiner leur proximite semantique. En general, les classes sont decrites par certains criteres comme :le nom, les identifiants et un ensemble d’attributs. Un conflit portant sur la description des classes survient entredeux classes, quand au moins un de ces criteres est different. Les conflits de denominations sont frequemment

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Theme

DGI_AG_Theme

Md_Metadata

DQ_élément

DQ_DataQualityétendue.Niveau : ensemble de données

LinéageCommentaire : les informations sont collecté à partir de tournée communales, impôts

DQ_Completude

commentaire : le fichier a une couverture nationale depuis 1956

DQ_LogicalConsistencycommentaire : meilleure qu'autrefois grâce à la structuration en base de données

DQ_TemporalConsistencycommentaire : Théorique

DQ_PositionalAccuracy

commentaire : ThéoriqueLI_Source

Description : missions fiscale et foncière du Cadastre

(a) Instance de la classe MD Quality de DGI

Theme

PCI_AG_Theme

Md_Metadata

DQ_élément

DQ_DataQualityétendue.Niveau : ensemble de données

LinéageCommentaire : : collecté à partir des plans cadastrals

DQ_Completudecommentaire : Dans les zones où une convention de numérisation a été passée avec la DGI

DQ_LogicalConsistencycommentaire : vérification du contenu par la DGI

DQ_TemporalConsistencycommentaire : Théorique

DQ_PositionalAccuracycommentaire : elle est équivalente à celle du plan graphique

LI_SourceDescription : service territorialement compétent du cadastre

(b) Instance de la classe MD Quality de PCI

Fig. 4.30 – Instances de la classe MD Quality

rencontres. L’analyse de ces criteres et des termes utilises pour decrire les objets est effectuee afin de relier lesclasses et de les organiser dans des groupes thematiques. Rappelons qu’un regroupement semantique a deja eterealise quand on a regroupe les donnees en categories de Territoire, Phenomene, et elements exposes. Larealisation de ces groupes semantiques determine une terminologie de comparaison qui facilite l’analyse des classes.

B.2. Les conflits portant sur les relations semantiques Pour chaque groupe thematique detectedans l’analyse precedente, nous analysons les relations semantiques entre les classes. Cette analyse a pour objectifde detecter les classes dans les schemas qui, en plus d’avoir une proximite semantique, ont aussi une relationsemantique entre eux. Elle permet aussi de detecter les conflits d’abstractions causes par les differentes formes derepresentations de la realite et les differentes composantes utilisees pour les modeliser.

C. L’analyse de la geometrie Les classes avec une proximite geometrique, qui sont aussi une specialisationde l’objet theme, doivent avoir leur geometrie analysee pour identifier les conflits de geometrie. La geometrie peutetre stockee en deux modes :

– Les structures en mode matriciel encore appelees raster sont fondees sur un quadrillage regulier du terrain.Chaque nœud ou pixel du quadrillage est identifie par le numero de sa ligne ou colonne.

– Les structures en mode vecteur, par contre, sont basees sur des primitives geometriques. Elles sont prin-cipalement le point, le segment (deux points relies), la ligne (ensemble de segments mis bout a bout),et la surface (ligne fermee).

Ces deux modes n’ont pas les memes avantages. Le mode vecteur permet de representer des objets, biendefinis, partageant la meme description. Par contre le mode raster est plus adapte pour representer des champscontinus (altitudes, temperatures, . . .). Il y a un conflit de mode de representation quand le mode de representationdes bases a integrer est different. Nous nous interessons dans cette partie aux conflits relatifs aux representationsvecteurs, c’est-a-dire quand des primitives geometriques de dimensions differentes representent une meme entite dumonde reel. Par exemple, un fleuve peut avoir une geometrie surfacique dans une base de donnees hydrographique,par contre dans une base de donnees administrative il a une representation lineaire.

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Theme

DGI_AG_Theme

MD_Metadata

MD_MaintenanceInformationFréquence de mise à jour et maintenance : mise à jour annuelle du fichier délivréEtendue de mise à jour : lot de donnéesDescription de l'étendue de mise à jour : mise à jour instantanée de la base de données,

(a) Instance de la classe MD Maintenance de DGI

Theme

PCI_AG_Theme

MD_Metadata

MD_MaintenanceInformationFréquence de mise à jour et maintenance : elles ont lieu tous les trois mois au maximumEtendue de mise à jour : lot de donnéesDescription de l'étendue de mise à jour : le responsable de mise à jour est la DGI

(b) Instance de la classe MD Maintenance de PCI

Fig. 4.31 – Instances de la classe MD Maintenance

D. Exemples d’assertions sur les elements exposes Afin de mieux illustrer ces assertions sur des elementsdu territoire exigeant souvent une integration des donnees, nous presentons par la suite des exemples d’assertionssur quelques elements exposes. Les sources de donnees prises en consideration sont le Plan Cadastral InformatisePCI et l’ensemble des fichiers de la Direction Generale des Impots DGI.

D.1. Exemple d’assertions sur les parcelles Les informations decrivant les parcelles se trouventreparties entre les fichiers de la DGI et dans le Plan Cadastral Informatise PCI. Alors que les fichiers DGI presententles informations sur les parcelles sous formes d’attributs lies a l’objet nomme Propriete Non Batie, le PCI decritles parcelles avec un minimum d’information mais offre neanmoins la geometrie des parcelles.

Clause ”Assertions des Correspondances Inter-schemas ACI”

DGI.(Propriete Non Batie) ≡ PCI.(Parcelle)

Clause ”Assertions Avec Identifiants Correspondants AIC”

DGI.(Propriete Non Batie).(code-depart + code INSEE + Section Cadastrale + Num-parcelle) ≡ PCI.(Parcelle).(NumeroParcelle)

Ou la fonction ’+’ est une fonction de concatenation des chaınes de caracteres.Exemple :

Code depart = 74 NumeroParcelleCode INSEE = 173 = 74173A1123Section Cadastrale = ANum-Parcelle = 1123Code-depart + Code INSEE + Section Cadastrale + Num-parcelle =74173A1123

- 139 -


Theme

MD_Representation_VecteurNiveau de topologie : topologie 2DObjets géométriques : ligne, point

GeoRoute_AG_Theme

MD_Metadata

MD_Spatial_Representation

(a) Instance de la classeMD SpatialRepresentation de Geo-Route

Theme

MD_Representation_VecteurNiveau de topologie : topologie 2DObjets géométriques : polygone, ligne, point

PCI_AG_Theme

MD_Metadata

MD_Spatial_Representation

(b) Instance de la classeMD SpatialRepresentation de PCI

Fig. 4.32 – Instances de la classe MD SpatialRepresentation


DGI.(Propriete Non Batie).Contenance ≡ PCI.(Parcelle).Surface

D.2. Exemple d’assertions sur les subdivisions fiscales Une subdivision fiscale (suf) est l’elementde gestion du non-bati. Les informations decrivant les subdivisions fiscales sont reparties entre les fichiers de la DGIet le PCI. Les premiers contiennent des donnees descriptives de la suf (contenance, classement et evaluation). Alorsque la geometrie est donnee par la base PCI avec un minimum d’informations descriptives ;


DGI.(Propriete Non Batie).(Suf) ≡ PCI.(Parcelle).(Subdivision Fiscale)

Clause ”Avec Identifiants Correspondants AIC”

DGI.(Propriete Non Batie).(Num-parcelle + Num-Suf) ≡ PCI.(Parcelle).(Numero-Suf)

Ou la fonction ’+’ est une fonction de concatenation des chaınes de caracteres.Exemple :

Num-Parcelle = 74173A1123 Numero-Suf = 74173A11232Num-Suf = 0002Num-parcelle + Num-Suf ≡ 74173A11232

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Theme

MD_FeatureCatalogueDescriptionCompatibilité avec ISO19101 : nonLangage : françaisType de thèmes : élément exposé

DGI_AG_Theme

MD_Metadata

MD_ContentInformation

(a) Instance de la classeMD ContentIdentification de DGI

Theme

MD_FeatureCatalogueDescriptionCompatibilité avec ISO19101 : ouiLangage : francaisType de thèmes : élément exposé

PCI_AG_Theme

MD_Metadata

MD_ContentInformation

(b) Instance de la classeMD ContentIdentification de PCI

Fig. 4.33 – Instance de la classe MD ContentIdentification


DGI.(Propriete Non Batie).Contenance ≡ PCI.(Parcelle).Surface

D.3. Exemple d’assertions sur des batiments et des locaux Dans la gestion des elements batis, lesdeux bases DGI et PCI utilisent deux notions completement differentes : la DGI utilise comme element de gestionle local qui est une partie de batiment faisant l’objet d’une evaluation fiscale distincte. Chaque local est identifiepar le code Commune (INSEE), le code Rivoli (voie ou lieu-dit), le numero postal, ainsi qu’un sous adressagecomprenant les codes batiment (2 caracteres), escalier (2 caracteres), niveau (2 caracteres) et local (5 caracteres).La notion du local est absente dans le PCI. Dans ce dernier, par contre, on retrouve la notion du batiment quirepresente les emprises au sol des habitations, une delimitation qui est obtenue a partir des releves de terrain. Larelation entre les locaux et les batiments n’est pas clairement identifiee, de ce fait, l’intervention de l’utilisateur estrecommandee pour relier les locaux vers les batiments auxquels ils appartiennent. Un local ne peut appartenir qu’aun seul batiment, et un batiment peut contenir plusieurs locaux a la fois. Cette correspondance ne peut pas etrededuite automatiquement a partir des informations qui sont disponibles dans les deux bases. L’unique informationdisponible qui met en relation les deux elements est la parcelle a laquelle ils appartiennent.


DGI.(local) ⊆ PCI.(Parcelle)PCI.(Batiment) ⊆ PCI.(Parcelle)

- 141 -


Thème_Avec_GéométrieCouverture

GM_Complexe GM_Aggregat

GM_Point GM_Courbe GM_Solide

ThemeMD_Metadata

GM_Primitive

Objet_GM

Closure()IsSimple()distance()CoordinateDimension()Centroid()

PCI_AG_ParcelleGéométrie : Polygone

PCI_AG_Bât imentGéométrie : Polygone

PCI_AG_RuesGéométrie : Ligne

PCI_AG_ThemeNom : PCI

Fig. 4.34 – Instance PCI de la classe GM Object


DGI.(local).Num-Parcelle ≡ PCI.(Parcelle).Numero-Parcelle

Un module a ete developpe au sein de l’entreprise GIPEA qui permet de relier d’une maniere semi-automatiqueles locaux aux batiments. En selectionnant une parcelle, le systeme affiche tous les locaux qui existent dans cetteparcelle ; en meme temps, la liste des batiments dans la parcelle est affichee. L’utilisateur selectionne les locauxet les affecte au batiment selectionne dans la deuxieme liste. Une relation est ainsi creee entre les locaux et lesbatiments.

D.4. Exemple d’assertions sur les voies et lieux-dits Les voies et les lieux-dits sont deux entitesrelativement liees, mais dans la realite ils representent deux concepts differents.

a. Les lieux-dits

Les informations concernant les lieux-dits se trouvent reparties entre la base de la DGI qui fournit desinformations alphanumeriques sur les lieux-dits, et la base PCI qui en plus de quelques informations textuelles,fournit la geometrie des lieux-dits.


DGI.(Lieux-dits) ≡ PCI.(LIEU-DIT)


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Thème_Avec_GéométrieCouverture

GM_Complexe GM_Aggregat

GM_Point GM_Courbe GM_Solide

ThemeMD_Metadata

GM_Primitive

Objet_GM

Closure()IsSimple()distance()CoordinateDimension()Centroid()

GeoRoute_AG_ParcelleGéométrie : Polygone

GeoRoute_AG_BâtimentGéométrie : Polygone

GeoRoute_AG_RuesGéométrie : Ligne

GeoRoute_AG_ThemeNom : GeoRoute

M M M

M

Fig. 4.35 – Instance GeoRoute de la classe GM Object

DGI.( Code Rivoli) ≡ PCI.(Code)

Avec 1er Caractere (Code Rivoli) = B a W

Clause ”Assertion des Correspondances Inter-schemas ACI”

DGI.(Libelle Voie) ≡ PCI.(Libelle)

b. Les voies

Plusieurs sources contribuent a la description des voies : la DGI, le PCI et GeoRoute. Chacune de ces basesdonne une partie des informations sur les voies. La DGI decrit les voies comme une partie de l’information contenuedans le fichier FANTOIR qui decrit de maniere unique les voies et lieux-dits. Pour les distinguer, la DGI utilisel’attribut ”type de voie” pour distinguer les quatre entites suivantes : voie, ensemble immobilier, lieu-dit, et pseudo-voie. Le PCI offre par contre une description de la geometrie des voies par l’intermediaire de l’objet du reseauroutier. Georoute, quand a elle fournit une description plus en detail de la geometrie des voies.


DGI.(Voie).(Code Rivoli) ≡ PCI.(Code)

DGI.(Voie).(Code Rivoli) ≡ GeoRoute.(Troncon de Route).(Numero)

- 143 -


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Fig. 4.36 – Assertions sur les parcelles


DGI.(Voie).(Code Rivoli) ≡ PCI.(Code)

DGI.(Voie).(Code Rivoli) ≡ GeoRoute.(Troncon de Route).(Identifiant)


DGI.(Voie).(Libelle Voie) ≡ PCI.(Libelle)DGI.( Libelle Voie) ≡ GeoRoute.(Troncon de Route).(Nom Rue)

E. L’integration L’objectif de cette etape est de resoudre les conflits structurels et semantiques entre les sche-mas. Ceci est realise en determinant les conflits rencontres dans les groupes similaires, pour mettre en correspondanceles objets de chaque schema avec le schema global.

– D’abord, les conflits de denomination sont resolus par une standardisation des noms dans les classes duschema global. Les classes doivent utiliser une denomination generique, facilement comprehensible.

– En ce qui concerne les conflits d’abstraction entre les proprietes, les proprietes referant au meme objetdans les deux schemas doivent etre traitees.

– Ensuite, la presence des conflits structurels est verifiee. Dans le cas ou il n’y a pas de conflits structurels,une classe est creee par une simple union des proprietes compatibles. Dans le cas ou des conflits structurelsexistent, une des solutions consiste :– a la creation de classes avec des proprietes communes,– a une hierarchie de classes,– ou a la specification de fonctions de transformations a appliquer aux formats, aux domaines, aux unites,

etc.– Enfin, les conflits dus aux differences de geometrie sont resolus par une generalisation des classes paires,

selon leurs geometries.

- 144 -


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Fig. 4.37 – Assertions sur les subdivisions fiscales

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Fig. 4.38 – Deux unites d’analyse differentes (le batiment et le local) a integrer presentes dans les deux sources

[38] a determine 15 operations d’integration qui sont utilisees pour relier les classes a integrer. Le resultatpeut etre un ensemble de classes simples ou des classes plus complexes s’appuyant sur les concepts de generalisation-specialisation, ou de multi-instanciation. Quelques unes de ces operations seront presentees.

Pour les illustrer, nous utiliserons l’exemple suivant de deux classes representant les elements exposes, pourrealiser les operations d’integrations.

Classe Centre d’hebergement Classe Centre de rassemblementnom toponymique : chaıne de caractere nom toponymique : chaıne de caractereadresse : chaıne de caractere adresse : chaıne de caracterecapacite d’hebergement : entier capacite du rassemblement : entier

Tab. 4.6 – Exemple de deux classes d’elements exposes a integrer : Exemple 1

E.1. La preservation La preservation n’est pas a proprement parler une operation d’integration, maisplutot une technique possible. Elle consiste a ne rien changer. Pour l’exemple 1, le resultat de cette operation estdonc l’exemple.

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Fig. 4.39 – Assertions sur les batiments et les locaux

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Fig. 4.40 – Assertions sur les Lieux-dits

E.2. La fusion La fusion consiste a creer dans le schema integre, une classe ayant pour attributs l’en-semble des attributs des classes a integrer et pour instance l’union des instances. L’ensemble des phenomenes dumonde reel represente dans l’une des classes a integrer est donc represente dans la classe resultante. Les proprietesspecifiques aux classes a integrer, deviennent facultatives dans la classe a integrer.

Pour l’exemple 1, la fusion cree une classe Centre ayant pour instances le centre d’hebergement et le centre desecours, pour attribut obligatoire le nom toponymique, l’adresse, et pour attributs specifiques capacite d’heberge-ment et capacite du rassemblement. Cette operation est utile si les classes sont tres proches. Elle permet d’obtenirun schema integre simple conservant l’ensemble des informations.

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Centre d'hebergement

nom toponymiqueadressecapacité d'hébergement

Centre de rassemblement

nom toponymiqueadressecapacité de rassemblement

Fig. 4.41 – La preservation des classes

Centre

nom toponymiqueadressecapacité d'hébergementcapacité de rassemblement

Fig. 4.42 – La fusion des classes

E.3. L’union L’union consiste a creer dans le schema integre une classe unique ayant pour attributs lesattributs communs et pour instances l’union des instances. Pour l’exemple 1, l’union cree une classe Centre ayantpour instances le centre d’hebergement et le centre du rassemblement, et pour attribut obligatoire les attributscommun : le nom toponymique, l’adresse.

Centre

nom toponymiqueadresse

Fig. 4.43 – L’union des classes

Cette operation est proche de la fusion, hormis le fait que les attributs specifiques ne sont pas conserves. Elle estutile si la base integree doit gerer uniquement les descriptions communes.

E.4. L’intersection L’intersection consiste a creer dans le schema integre une classe unique ayant pourattributs l’ensemble des attributs des classes a integrer et pour instance les intersections des instances.

Pour l’exemple 1, l’intersection cree une classe Centre Mixte ayant pour instances les centres qui font a la foispartie de la classe centre d’hebergement et de la classe centre de rassemblement. Cette classe a pour attributsobligatoires les attributs initiaux : nom toponymique, adresse, capacite d’hebergement, capacite de rassemblement.

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Centre Mixte

nom toponymiqueadressecapacité d'hébergementcapacité de rassemblement

Fig. 4.44 – L’intersection des classes

E.5. La partition La partition consiste a creer une classe pour chaque intersection et pour chaquedifference. L’ensemble des attributs des intersections est l’union des attributs. Les attributs des differences sont lesattributs de la classe d’origine. Pour l’exemple 1, 3 classes sont creees dans le schema integre :

– la classe des Centres exclusivement d’hebergement avec pour attributs les attributs de la classeCentre d’hebergement,

– la classe des Centres exclusivement de rassemblement,– la classe des Centres Mixtes qui regroupe les instance de l’intersection.

Centre exlusivement d'hebergement

nom toponymiqueadressecapacité d'hébérgement

Centre Mixte

nom toponymiqueadressecapacité de rassemblementcapcité d'hébérgement

Centre exclusivement de rassemblement

nom toponymiqueadressecapacité de rassemblement

Fig. 4.45 – La partition des classes

Cette operation est interessante, car elle permet de resoudre les problemes d’intersection entre les classes a integrertout en conservant l’ensemble de l’information. Par contre, elle est difficilement utilisable s’il y a plus de deux classesa integrer, car elle produit un grand nombre de classes. Les classes integrees peuvent aussi utiliser les relations degeneralisation specialisation.

E.6. La sous classe L’operation sous-classe consiste a definir une relation d’heritage entre les deuxclasses. Cette operation peut etre uniquement utilisee si l’extension de la classe fille est incluse dans celle de la mere.Pour l’exemple, si tous les centres d’hebergement sont des centres de rassemblement, alors l’operation sous-classepeut etre utilisee, le schema integre est alors compose d’une classe generique Centre de rassemblement et d’uneclasse generique Centre d’hebergement. Centre de rassemblement a pour attributs ses attributs propres etpour instances les centres de rassemblements qui ne sont pas des centre d’hebergement. Centre d’hebergementa pour attributs ses attributs specifiques et pour instances les centres d’hebergement qui sont aussi des centres derassemblement.

E.7. La generalisation L’operation de generalisation consiste a definir une classe generique, et des liensd’heritages entre les classes a integrer et cette classe generique. Cette operation permet d’unifier les descriptionsmais ne permet pas de generer des intersections.

- 148 -



capacité d'hébérgement

Centre



capacité de rassemblement

Fig. 4.46 – La generalisation des classes

Pour l’exemple 1, une classe generique Centre est creee et les deux classes a integrer heritent de cette classe. Laclasse Centre a pour attribut le nom toponymique et l’adresse, qui sont en commun aux classes initiales.

E.8. La specialisation L’operation de specialisation consiste a definir une classe specifique aux classesa integrer. Cette operation permet de gerer proprement l’intersection.


capacité d'hébérgementadressenom toponymique


capacité de rassemblementadressenom toponymique

Centre Mixte

Fig. 4.47 – La specialisation des classes

Pour l’exemple 1, une classe specifique Centre Mixte est creee, elle herite des classes Centre d’hebergementet Centre de rassemblement, elle n’a pas d’attribut. Les instances de Centre Mixte sont les instances del’intersection de Centre d’hebergement et Centre de rassemblement.

E.9. La generalisation-specialisation L’operation de generalisation-specialisation est une combinaisondes operations de generalisation et de specialisation. Elle permet de gerer proprement l’intersection et l’union desextensions, et de reduire les redondances au niveau des structures. Par contre, elle genere un grand nombre declasses et une hierarchie multiple.

- 149 -

4.6 Conclusion


capacité d'hébérgement


capacité de rassemblement

Centre Mix te

Centre


Fig. 4.48 – La generalisation-specialisation des classes

Pour l’exemple, 4 classes sont creees :– la classe generique Centre qui a pour attributs propres le nom toponymique et l’adresse, et pas d’instances

propres,– la classe Centre d’hebergement, qui herite de Centre, a pour attribut propre capacite d’hebergement,

et pour instance propre, les instances qui sont uniquement des centres d’hebergement,– la classe Centre de rassemblement, qui herite de Centre, a pour instances propres les centres qui sont

uniquement des centres de rassemblements, et pour attribut propre, la capacite de rassemblement.– la classe Centre Mixte, qui herite de Centre d’hebergement et Centre de rassemblement, qui n’a pas

d’attribut propre, et pour instances les centres qui sont a la fois des centres d’hebergement et des centresde rassemblement.

E.10. L’union-intersection L’operation union-intersection est une combinaison des operations d’unionet d’intersection. Elle permet de gerer a la fois l’union des instances et leurs intersections. Par contre, pour lesinstances sans correspondance, elle ne conserve pas l’information detenue par les attributs specifiques.

Pour l’exemple 1, cette operation definie deux classes :

– la classe Centre qui a pour attribut le nom toponymique et l’adresse, et pour instances les centres quisont exclusivement de rassemblement ou exclusivement d’hebergement.

– la classe Centre Mixte qui a pour instance les centres mixtes et pour attributs capacite d’hebergementet capacite de rassemblement

4.6 Conclusion

Nous avons presente dans cette partie l’architecture d’un systeme global d’aide a la decision pour la gestiondes risques naturels. Deux aspects ont ete discutes dans le systeme : fonctionnels, et logiciels. Dans l’architecture

- 150 -

4.6 Conclusion

Centre Mixte

capacité d'hébérgementcapacité de rassemblement

Centre


Fig. 4.49 – L’union-Intersection des classes

fonctionnelle, nous nous sommes interesses aux modules qui composent le systeme ainsi qu’a leurs fonctionnalites.Une description de chaque module est donnee. Les specifications, que chaque module doit satisfaire, sont egalementpresentees.

Dans l’architecture logicielle, nous avons explore de nouvelles techniques, comme les techniques de visuali-sation et d’acquisition des donnees, et leurs utilisations dans le systeme.

La construction d’un tel systeme peut probablement ameliorer la gestion des risques naturels, en proposanta tous les acteurs, en temps reel, la vue du systeme qui les interesse, en adaptant cette derniere aux besoins etspecificites des acteurs (scientifiques, geologues, elus, citoyens, etc.). La prise en compte des informations en tempsreel assure une connaissance plus exacte des phenomenes, et offre des possibilites meilleures pour la prevision descatastrophes.

Une ontologie specifique au domaine des risques naturels a ete egalement presentee comme un moyen d’accesaux nombreux documents relatifs a la problematique evoquee. Un autre terrain d’application des ontologies dansles risques naturels concerne l’integration des sources de donnees.

Le probleme d’integration de donnees a ete egalement aborde, et une methode d’integration de donneesbasee sur le modele OpenGIS a ete presentee. Elle tient compte de la specificite des donnees impliquees dans lagestion des risques naturels. Le probleme d’integration est un probleme difficile qui est souvent present dans detels systemes, ou les sources de donnees sont complementaires, mais presentent des inconsistances et des conflitsqu’il faut resoudre avant de les presenter a l’utilisateur. Vu la complexite des donnees dans la gestion des risquesnaturels, et le besoin de les traduire dans un modele commun, le modele OpenGIS peut s’averer utile pour repondreen partie a ce probleme.

- 151 -

Chapitre 5

Conclusion

Sommaire5.1 Contributions de la these . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

5.2 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Preambule

Face aux catastrophes d’origine naturelle ou technologique qui semblent menacer de plus en plus les po-pulations, l’accent est mis aujourd’hui autant sur la prevention du risque que sur les secours et la gestion de lacrise. Informer et eduquer les populations sont desormais des objectifs prioritaires. Ainsi, des actions de preven-tion au plan international ont ete mis en place pour proteger les populations et l’environnement, et de nombreuxprogrammes de recherches ont ete realise, conduisant notamment a une sensibilisation des autorites locales auxproblemes des risques naturels, et a une comprehension approfondie des comportements des phenomenes et de leurdeclenchement.

La gestion des risques naturels est une procedure complexe, qui regroupe de nombreuses activites, pouvantparticiper a la reduction des risques, comme la surveillance des phenomenes naturels, l’evaluation de la vulnerabilite,l’organisation des secours, l’evaluation des pertes, etc. Chacune de ces activites implique l’utilisation d’un volumeimportant de donnees qu’il faut acquerir, structurer, gerer, et manipuler. La gestion des risques naturels reposeegalement, de maniere importante, sur l’utilisation de la dimension spatiale, notamment dans la localisation despersonnes et des activites, l’extension des phenomenes et de leurs manifestations, et la determination des plansd’urgence.

L’utilisation des systemes d’information apparaıt donc comme une solution efficace pour la gestion de ceselements, puisqu’ils permettent de structurer les informations, de les representer, et de les visualiser dans le butd’aider a la decision dans la procedure de gestion. Cependant, l’utilisation des systemes d’information dans la gestiondes risques souleve de nouvelles problematiques qu’il faut considerer lors de la conception de tels systemes. En plus

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5.1 Contributions de la these

du cout souvent prohibitif de l’information a acquerir, d’autres problemes se presentent comme l’heterogeneitedes donnees, la prise en compte des differents acteurs dans le systeme d’information, avec leurs exigences et leursinteractions, et l’utilisation des techniques de visualisation appropriees.

5.1 Contributions de la these

Cette these a pour objectif de presenter une methodologie de conception d’un systeme d’information integrepour la gestion des risques naturels. Une attention particuliere a ete portee sur le probleme d’heterogeneite desdonnees impliquees dans un tel systeme. Cette heterogeneite a ete traitee de deux manieres : en proposant d’abordune ontologie du domaine pour representer les concepts et les relations necessaires pour la gestion des risques, etensuite en presentant une methodologie pour l’integration des donnees spatiales et non spatiales dans le systemed’information.

Dans ce travail, nous avons presente egalement quelques nouveaux exemples de systemes operationnels,developpes dans le cadre de la convention CIFRE au sein de la societe GIPEA. Ces systemes abordent certainsaspects de la gestion des risques, comme : l’evacuation des personnes en danger dans le cas des avalanches (lesysteme EMMA), l’organisation des informations et des documents relatifs a la gestion des risques (le systemeSysPPR), et le systeme GeoInfo qui permet la structuration et l’organisation des informations du sous-sol, leurtraitement et leur interrogation.

Le systeme EMMA

Le systeme EMMA1 (Section 3.2) a traite la problematique d’evacuation des personnes en danger dans deszones menacees par des risques d’avalanches. EMMA est un systeme destine a la gestion de la securite des personnessoumises a un risque d’avalanche en cas de circonstances meteorologiques dangereuses en station de sports d’hiver.Le systeme offre des fonctionnalites de structuration et de traitement en temps reel de parametres complexes etevolutifs representatifs de l’occupation des lieux, de l’extension et des caracteristiques des phenomenes, et enfin deslogistiques de mise en securite. Il permet aussi de simuler divers scenarios evenementiels et d’affiner la preparationdes acteurs face a ces scenarios.

Le systeme SysPPR

Le second systeme developpe est celui de SysPPR2 (Section 3.3), qui a ete teste sur la commune de Megeve.Le but de ce systeme est d’organiser un ensemble de donnees relatives a la gestion des risques naturels de lacommune, comme les donnees sur le territoire, les elements exposes, et les phenomenes naturels qui touchent lacommune.

C’est un systeme communal de gestion des risques qui permet, au-dela des affichages traditionnels, de donneraux divers acteurs de la prevention les moyens de gestion et de s’informer sur les consequences previsibles desphenomenes en matiere de dommages, de dysfonctionnements et de prejudices.

Le systeme GeoINFO

La connaissance d’un certain nombre de risques naturels comme les mouvements de terrain, fait appel a laconnaissance plus ou moins precise du sous sol. Malheureusement, l’ensemble des informations issues des compagnesgeotechniques ne sont pas structurees dans des supports informatiques, et sont souvent sur support papier, ce qui

1Evacuation des iMmeubles Menaces par des Avalanches2Systeme PPR

- 153 -

5.2 Perspectives

rend leur utilisation difficile. Le systeme GeoInfo (Section 3.4) essaye de resoudre ce probleme en proposant uneinfrastructure pour l’organisation des donnees du sous sol, leur stockage, et leur analyse cartographique. GeoInfotrouve son champ d’application dans de nombreux domaines comme l’aide a la mise en valeur de l’experience acquisepour la connaissance du sol et du sous-sol, et a la mise en forme de syntheses geotechniques.

Afin de resoudre le probleme d’heterogeneite dans les systemes d’information pour la gestion des risquesnaturels, deux debuts de solutions ont ete proposes :

– une ontologie pour les risques naturels, et– une methodologie pour l’integration des donnees en s’appuyant sur le modele OpenGIS.

Une ontologie pour les risques naturels

Dans un premier temps, une ontologie a ete proposee pour resoudre la confusion semantique entre les differentsconcepts utilises par les experts du domaine. Nous avons montre egalement l’interet d’utiliser d’une ontologie decritedans un langage de logique. Ce dernier est capable de fournir une plate-forme efficace pour organiser les conceptsdu domaine, annoter les documents, et capitaliser les connaissances acquises. Une autre application des ontologiessur les risques naturels se presente quand le nombre de bases de donnees a integrer devient important. L’idee est deconferer a toutes les bases de donnees une ontologie decrivant leurs contenus, et d’utiliser ces ontologies pendantl’echange et l’interrogation des donnees.

Une methodologie pour l’integration des donnees s’appuyant sur le modele OpenGIS

Le modele OpenGIS a ete utilise pour resoudre le probleme d’heterogeneite entre les donnees. Une methoded’integration, enrichie avec un ensemble de regles, a ete proposee pour assister les administrateurs dans leur travaild’integration de donnees. Elle tient compte de la specificite des donnees impliquees dans la gestion des risquesnaturels. Le modele OpenGIS a ete choisi comme modele d’integration grace a son ouverture. De plus, il a ete reconnupar la plupart des industriels, editeurs de logiciels, et organisations comme un standard de donnees largement utilise.

Egalement, dans cette these il a ete proposee une architecture d’un systeme integre d’aide a la decision pourla gestion des risques. Deux aspects ont ete discutes dans le systeme : fonctionnel, et logiciel.

5.2 Perspectives

La gestion des risques est un processus complexe qui est lie a de nombreuses autres problematiques, commela modelisation spatio-temporelle des risques, la modelisation des donnees, la communication sur les risques, etc.Tout succes relatif aux systemes presentes dans cette these depend de la prise en compte globale de ces aspects.Les perspectives de recherches dans ce domaine sont nombreuses.

5.2.1 L’automatisation de l’acquisition des connaissances relatives aux risques natu-rels

Le volume d’informations disponibles sur les risques naturels a augmente d’une maniere significative, notam-ment avec l’utilisation d’Internet. Malheureusement cette abondance de ressources a rendu l’acces aux informationsde plus en plus difficile, notamment en utilisant les methodes traditionnelles de recherche par mots cles, ou par lanavigation.

Fournir a l’utilisateur une methode d’acces basee sur les termes de l’ontologie, au lieu de mots cles, a plusieursavantages. D’abord, l’abstraction donnee par l’ontologie permet a l’utilisateur de s’abstraire des representations

- 154 -

5.2 Perspectives

specifiques des documents. Ensuite, par cette abstraction, le changement dans le format et le contenu des documentsaccedes n’affecte pas cet acces.

Dans cette these, l’ontologie du domaine a ete construite d’une maniere manuelle. Certes, l’utilisation d’outilspecifique comme Protege facilite la tache en proposant des mecanismes d’inferences pour inferer de nouveauxconcepts ; mais, la tache demeure difficile et reste une operation assez couteuse en terme de temps et d’efforts.Une automatisation du processus de construction de l’ontologie est donc primordial, a travers un apprentissage desconcepts et des relations de l’ontologie a partir du corpus documentaire disponible.

5.2.2 La modelisation spatio-temporelle des risques

Les informations decrivant les phenomenes naturels sont par nature des informations spatio-temporelles3.Pour un traitement efficace de ces elements, une representation appropriee de ces informations en tenant comptede la dimension spatio-temporelle est donc necessaire. La recherche sur les modeles spatio-temporels a recu ces der-nieres annees une attention particuliere, et plusieurs extensions ont ete proposees pour representer des phenomeneschangeant avec le temps. La modelisation des phenomenes naturels ajoute une complexite a ce probleme, puisquedans leur contexte, trois elements doivent etre traites :

– la modelisation et l’interrogation des objets spatiaux changeant avec le temps (rivieres, avalanches, etc.)– la construction d’index appropries et des methodes d’acces a ces informations (indexation des phenomenes

continus)– et finalement l’implementation d’architectures et de systemes appropries.

5.2.3 L’utilisation des services Web

La complexite rencontree souvent dans les calculs des modeles sur les risques naturels, et le cout considerableengendre par l’execution des programmes de ces modeles, incitent a federer le calcul des modeles d’aleas vers desparties tiers. D’autant plus que l’implementation des modeles des calculs necessite des connaissance complexes quine sont pas toujours faciles a apprehender.

Les developpements recents dans le domaine de l’interoperabilite a presente un nouveau paradigme de calcul :le paradigme «service Web». Le principal avantage est que le service peut etre utilise a distance sans une reelleconnaissance ou intervention de l’utilisateur, et par plusieurs utilisateurs a la fois, eliminant le besoin d’une mise ajour constante des logiciels de calculs installes localement.

Dans la gestion des risques, des services Web peuvent etre implementes pour manipuler l’acquisition et lamanipulation des images aeriennes ou satellites, pour calculer des indices a partir de ces images et des indicateursde risques a partir d’informations geographiques, ou pour estimer la temperature de la surface.

Pour permettre l’interoperabilite dans les services web geographique, OpenGIS a developpe un nombre despecifications pour leur implementation.

5.2.4 La communication sur le risque

La diffusion des informations sur les risques, notamment les informations spatiales, sur support cartogra-phique constitue un defi lorsque le contexte d’utilisation des cartes est Internet, et que les services cartographiquessont offerts pour tout type de terminal (fixe ou mobile, Desktop ou ordinateur portable, PDA ou telephone cel-lulaire). Une des techniques utilisees est le stockage des donnees avec des representations multiples, et le filtrage

3Les changements spatio-temporels n’affectent pas uniquement les phenomenes qui sont des entites dont la forme et la positionchangent avec le temps : les vents, les avalanches, les inondations par exemple ; mais aussi les elements exposes comme les limites desrivieres qui peuvent changer pendant la periode d’inondations

- 155 -

5.2 Perspectives

de ces representations pendant de la creation des cartes a la volee. L’emergence d’un nouveau standard pour lamodelisation, le transport et le stockage de l’information geographique GML4, a ouvert de nouvelles perspectivesde recherche pour trouver un modele de donnees mieux adapte au stockage des representations multiples des objetsgeographiques, et pour l’utilisation de ces donnees dans un contexte Web.

4Geographic Markup Language

- 156 -

Annexe A

Description des sources DGI, PCI, etGeoRoute

SommaireA.1 DGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

A.2 PCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

A.3 GeoRoute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

A.1 DGI

Depuis 1973, les informations alphanumeriques du cadastre sont informatisees (a l’exception des bases dela taxe professionnelle) et mises a jour dans le cadre de l’une des applications informatiques les plus importantesde France (MAJIC1 puis maintenant MAJIC2 : mise a jour de l’information cadastrale, version 2). Le cadastrediffuse, principalement aupres des collectivites locales, les donnees alphanumeriques qu’il gere. Celles-ci peuventetre fournies sur support informatique, et peuvent donc, a certaines conditions, etre introduites utilement dans unSIG. Les donnees alphanumeriques informatisees diffusees par le cadastre sont principalement :

A.1.1 Le fichier des proprietes baties (FPB)

Il s’agit d’un fichier national recensant tous les locaux susceptibles de donner lieu a une imposition au titrede la taxe professionnelle, du foncier bati, de la taxe d’habitation ou de la taxe pour les ordures menageres. Seuls10 % environ des locaux y echappent : les locaux publics accueillant des activites non productrices de revenus etn’abritant pas des personnes susceptibles de payer au moins l’un des impots precites (fonctionnaires loges. . .).

Ce fichier regroupe un ensemble d’informations importantes sur les batiments, leurs modes de constructions,leurs natures d’occupations, leur localisation, etc. Les informations sont organisees dans le fichier sous forme d’unnombre d’articles dont chacun decrit une partie du local.

Par exemple, l’article 00 et 10 permettent de decrire l’identification cadastrale du local ainsi que sa descriptiongenerale. Les autres articles decrivent les parties d’evaluation qui composent le local. Le fichier bati regroupe pardirection l’ensemble des informations concernant le local et la partie d’evaluation PEV.

- 157 -

A.1 DGI

Le local est identifie par son numero invariant, par son indicatif cadastral complete des numeros de batiment(ba), d’escalier(es), de niveau(ni) et de porte(ordre), ou par son adresse completee de (ba, es, ni, ordre). Il permetde disposer pour un local donne de son descriptif, de son evaluation et des bases de taxation. L’attribution du locala son proprietaire est assuree par l’intermediaire du compte communal.

Le local est donc l’unite d’analyse du fichier des proprietes baties, sa localisation depend de la connaissanced’un nombre d’elements que nous allons decrire ainsi que les relations qui les relient entre eux.

Le fichier est compose de plusieurs articles, dont les principaux sont :– Article 00 : il comprend l’indicatif cadastral (section, plan, ba, es, ni, ordre) et l’adresse du local.– Article 10 : il contient les donnees generales du local.– Article 21 : il contient les donnees generales de la PEV.– Article 40 : il contient le descriptif de la partie principale d’habitation.– Art 30, 36 : ils contiennent des informations fiscales sur la PEV.– Art 50, 60 : ils contiennent des informations complementaires sur le local.

La representation du local dans le fichier est la suivante (table A.1) :

Indicatif Pev Art OrdreInvariant 00 Indicatif adresseInvariant 10 Donnees generales du localInvariant 001 21 PevInvariant 001 40 H descriptif partie principale H et elements incorporesInvariant 001 40 HA descriptif construction accessoires

Tab. A.1 – La structure du fichier des Proprietes Baties

D’une autre maniere, la structure du fichier peut etre exprimee de la maniere suivante :

Un local = 1 art 00 + 1art 10 + 1 a N pevUne PEV = 1 art 21 + 0 a 15 art 30 + 1 art 36 +

1 art 40 ’H’ + 0 a N art 40 ’HX’ + 0a N art 60ou1 art 50 + 0 a N art 60ou1 a N art 60

Tab. A.2 – Une autre representation de la structure du fichier des Proprietes Baties

A.1.2 Le fichier des proprietes non baties (FPNB)

Il decrit chaque parcelle de chaque commune avec la reference du numero de proprietaire : surface cadastrale,classement, valeur locative.

Le fichier des proprietes non baties ou ficher parcellaire recense l’ensemble des parcelles et des subdivisionsfiscales cadastrees en France. La parcelle permet de definir le proprietaire, la subdivision fiscale (ou suf ) est l’unite

- 158 -

A.1 DGI

elementaire d’evaluation. Par exemple la parcelle X apparient au proprietaire Y, et est composee de deux sufs, l’uncorrespondant a une vigne, l’autre a une terre. Ce fichier permet de connaıtre, pour une parcelle donnee, les naturesde culture ou de propriete, les contenances et les revenus cadastraux des subdivisions fiscales qui la composent,ainsi que l’attribution a un compte communal de proprietaire.

Le fichier est compose des articles suivants :– Article 10 : il contient les donnees generales de la parcelle, en particulier l’attribution et l’adresse.– Article 21 : il contient les donnees descriptives de la suf (contenance, classement et evaluation).– Article 30 et 36 : ils contiennent des informations fiscales sur la parcelle et la suf.La structure du fichier peut etre exprimee de la maniere suivante :Une parcelle : 1 art 10 + 1 a N sufUne Suf : 1 art 21 + 0 a 4 art 30 + 1 art 36

A.1.3 Le fichier des proprietaires (FP)

Il donne le nom et l’adresse de chacun associe au numero communal du proprietaire. Le cas de coproprieteou de demembrement de la propriete sont signales, ainsi que le nom et l’adresse du syndic quand il y en a un.

Le fichier des proprietaires regroupe par direction des services fiscaux des informations concernant le comptecommunal et la personne. Le compte communal est compose de l’ensemble des personnes exercant des droitsconcurrents sur un ou plusieurs biens d’une commune.

L’identification du compte communal est inchangee par rapport au systeme precedant, a savoir un numerod’ordre etabli par la commune, dans des series alphabetiques pour les personnes physiques, dans les series + ou *pour les personnes morales.

Ce fichier est compose de deux articles :– article direction– article courant : il a un indicatif complet de 15 caracteres ; chaque article correspond a un libelle partiel

de compte, c’est a dire a une personne constitutive du compte communal.

A.1.4 Le repertoire informatise des Voies et Lieu-dits (RIVOLI)

Il succede au Fichier NAtional des Toponymes (FINATO). Il associe un code (a 4 chiffres) a chaque nomde voie (ou de lieu-dit) de chaque commune. Le code RIVOLI constitue une veritable norme nationale. L’extensionde ce repertoire aux voies rurales et en cours.

Le fichier recense par commune :– les voies,– les lieux-dits,– les ensembles immobiliers,– les pseudo-voiesCe fichier est produit mensuellement par le Centre de Services Informatiques (CSI) de Nevers avant le 8 du

mois pour etre disponible sur les sites utilisateurs au plus tard le 10 du mois. Il est duplique pour etre diffuse auxdifferents sites utilisateurs, sous forme de bandes magnetiques. Le fichier est compose des articles suivants :

– un article Direction– un article Commune– un article Voie : les voies sont classees par categories auxquelles correspondent les plages de codifications :

– voies proprement dites (rues. . .)– ensembles immobiliers dont la voie interne n’a pas recu de denomination– lieux-dits : lieux-dits batis et lieux-dits non batis

- 159 -

A.1 DGI

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��

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Parcelle�� !��

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'()*+,

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Subdivision fiscale

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Lieux-dits et Voies

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4�567�4578�7��

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Local<�1��

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R�6S5��S

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'EMF?ACT?BEM

U>A?BTCKBVAH

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Propriétaire��"��

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Fig. A.1 – Le modele de donnees reduit pour la DGI

– pseudo-voies

A.1.5 Le fichier de la taxe d’habitation (FTH)

Il reprend une partie des locaux du FPB, logements et dependances soumis a cette taxe, il comporte leselements de calcul de la taxe (mode d’occupation, confort, surface habitable, nombre de pieces, occupant, nombrede personnes en charge. . .)

A.1.6 Le plan cadastral

Le plan est le document de reference par reference de l’information cadastrale. C’est a partir du plan que sontidentifies tous les biens soumis a l’impot. Le plan du cadastre comporte principalement les informations suivantes :

– Les limites de commune, de section cadastrale, de lieu-dit, de parcelle, et de subdivisions fiscale (si toutl’espace de la parcelle ne releve pas de la meme evaluation fiscale), avec mention de la toponyme ou dunumero,

– Les batiments (hachures), les hangars, les eglises, mosquees, synagogues, les cimetieres, les calvaires, mou-lins, cheminees d’usine, les gazometres, les gazoducs, les lignes de transport de force.

– Les noms des voies et les numeros de police des immeubles bordant ces voies.– Les murs, clotures, haies, fosses, les cours d’eau, les lacs, les etangs, les ouvrages (quais, ponts, tunnels. . .),

les bordures de chemins et de trottoirs.En 1973, la DGI se lance dans la numerisation du plan parcellaire de Paris et d’un certain nombre de cadastres.Precurseurs des futurs plans cadastraux informatises (PCI), ils font l’objet de conventions specifiques.

- 160 -

A.2 PCI

A.2 PCI

La DGI produit a la demande ou d’elle meme des plans cadastraux numeriques a l’occasion des travaux deremaniement. Une fois le cadastre numerise, ce PCI est tenu a jour et mis a la disposition des utilisateurs par lesservices du Cadastre. La qualite geometrique est liee a celle du document de base, il n’ y a pas d’altimetrie.

Au 1 er Mars 1994, 5 % du territoire national etait en cours de saisie et cette proportion devrait rapidementatteindre 10 %. L’interet de ce produit est de disposer d’un plan numerique a grande echelle comportant les limitesdu parcellaire, donnees souvent indispensables pour la gestion des risques. L’extraction est possible par sectioncadastrale. Le format de livraison est la norme francaise EDIGeO 1.

ARCFACE NOEUD

ID_S_RCO_FAC_GCHE

S E C T I O N

H _ 1 1 _ 1 _ 0

H _ 1 1 _ 2 _ 0

PARCELLEH _ 1 1 _ 4 _ 0

B A T IM E N T

E _ 2 _ 1 _ 0

CHARGE D'UNEPARCELLE

H _ 1 1 _ 6 _ 0

SUBDIV ISIONFIS CALE

H _ 1 1 _ 5 _ 0

IS_S_REL_IW W

IS_S_REL_IW W

BATIMENT_PARCELLE

CHARGE_PARCELLE

IS_S_REL_IWWL I E U - D I T

H _ 1 _ 7 _ O

OBJET DURESEAU ROUTIER

TRONCON DE COURS D'EAU

PARCELLE_SUBDSECT

SUBDSECT_SECTION

A _ 1 _ 0 _ O D _ 1 _ 0 _ 8PTCANVS_COMMUNE

I _ 1 _ 0 _ 0

Z _ 1 _ 0 _ 2

Z _ 1 _ 0 _ 1DETOPO_COMMUNE

BORNE LIMITEDE PROPRIETE

I _ 2 _ 4 _ 0

BORNE_PARCELLE

IS_S_REL_IWW

ZONE DE COMMUNICATIONA _ 1 _ 0 _ 5

E C R IT U R EA TTR IB U TZ _ 1 _ 2 _ 2

IS_S_REL_IWW

ENSEMBLEIMMOBILIERH _ 1 1 _ 7 _ 0

Z _ 1 _ 0 _ 3

DETOPO_COMMUNE

C O M M U N E

H _ 1 _ 6 _ 0SECTION_COMMUNE

SCHEMA CONCEPTUELDE DONNEES

PLAN CADASTRALINFORMATISE

ID_S_RCO_FAC_DRTE

ID_S_RCO_NOD_INI

ID_S_RCO_NOD_FIN

DETOPO_COMMUNE

SUBDFISC_PARCELLE

ID_S_RCO_NOM_OBJET ID_S_RCO_NOM_OBJET ID_S_RCO_NOM_OBJET

( *) ( *)

( *)

(*) Il existe autant de relations que d'objets

NUMVOIE_PARCELLE

NUMERO DEvoirie

DETAIL TOPOGRAPHIQUESURFACIQUE

H _ 1 1 _ 8 _ 0

Z _ 1 _ 0 _ 1

SUBDIVISION DESECTION

P O I N T d e C A N E V A S

DETAIL TOPOGRAPHIQUE PONCTUEL

DETAIL TOPOGRAPHIQUE LINEAIRE

Fig. A.2 – Le modele de donnees reduit du Plan Cadastral Informatise

1La norme EDIGeO, qui est une norme AFNOR (Association Francaise de la Normalisation), est destinee a l’echange d’informationsgeographiques numeriques sur support informatique entre des systemes d’information geographique

- 161 -

A.3 GeoRoute

A.3 GeoRoute

GeoRoute a ete concue au depart pour repondre aux besoins des systemes d’assistance a la conduite. Elleest basee sur une representation exhaustive du reseau des rues a partir de la carte existante ou de la BD Topo. Ellese decline en deux versions :

1. Une version navigation qui comporte les informations suivantes : le sens de circulation, les passages infe-rieurs/superieurs, les restrictions de circulations, les peages, les restrictions de poids ou de hauteur, les nomsdes voies, les adresses aux carrefours, et les limites administratives ;

2. Une version adresses qui contient une version allegee de la logique de circulation ; Elle couvre les plus grandesagglomerations ainsi que l’ensemble de la region Ile-de-France. Elle vise a satisfaire les besoins des servicesgestionnaires du trafic routier et des automobilistes pour les systemes de navigation embarquee, mais egale-ment les services d’intervention et de secours, des gestionnaires de reseaux, des societes de ramassage scolaire,des entreprises de routage, de distribution et de livraison et des societes interessees par le geocodage del’information en vue d’applications de geo-marketing ou d’etudes socio-economiques.

L’IGN et l’INSEE ont developpe a partir de GeoRoute en y associant les limites d’ılots de recensement unproduit commun permettant de relier les informations statistiques a la localisation geographique. GeoRoute est une

EquipementGéométrie : pointTypeRest_poidsRest_hauteurRest_largeurRest_longueurRest_vcm

EquipementGéométrie : pointTypeRest_poidsRest_hauteurRest_largeurRest_longueurRest_vcm

Nœud Géométrie : pointType

Nœud Géométrie : pointType

Carrefour complexeNature

Toponyme

Carrefour complexeNature

Toponyme

Franchissement Géométrie : pointSuperposition

Franchissement Géométrie : pointSuperposition

Rue ToponymeNuméro-commune

Rue ToponymeNuméro-commune

Tronçon Géométrie : linéaireVocationNb_chausséesNb_total_voiesEtat Physique

AccèsPositionEquipement….

Tronçon Géométrie : linéaireVocationNb_chausséesNb_total_voiesEtat Physique

AccèsPositionEquipement….

Route Class_admNuméroGestionnaire

Route Class_admNuméroGestionnaire

ItiniéraireNumérotype

ItiniéraireNumérotype

Fig. A.3 – Le modele de donnees reduit de GeoRoute

base de donnees d’informations geographiques routieres ayant une topologie de surface. Sa vocation premiere est defournir les informations necessaires a l’organisation des deplacements en milieu urbain et interurbain. C’est donc

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A.3 GeoRoute

une base de donnees localisees, dediee aux applications logistiques routieres ainsi qu’a la recherche d’intineraires.Sa deuxieme vocation est de permettre la realisation de plans de communes.

Elle gere des donnees detaillees pour les zones (agglomerations de plus de 100 000 habitants) et reprend lesdonnees de la BDCarto pour les autres zones. Elle prend en compte le reseau routier forme par les voies carrossableset les chemins en ville, uniquement si ceux-ci ont un toponyme et desservent des habitations. Sa precision est del’ordre de 5 a 10 m en zone urbaine. L’ensemble des geometries de GeoRoute est regroupe sur une couche geometriqueunique. Pour le theme routier, la BDTopo est proche de GeoRoute. Neanmoins, GeoRoute est plus riche au niveaudes attributs semantiques et des relations tandis que la BDTopo est plus precise au niveau de la description de lageometrie.

- 163 -

Annexe B

Une ontologie pour la gestion desrisques naturels

Dans cette section, nous presentons le contenu complet de l’ontologie developpee pour la gestion des docu-ments sur les risques naturels.

<?xml version="1.0"?> <rdf:RDFxmlns:rss="http://purl.org/rss/1.0/"xmlns="http://a.com/ontology#"xmlns:jms="http://jena.hpl.hp.com/2003/08/jms#"xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"xmlns:owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#"xmlns:vcard="http://www.w3.org/2001/vcard-rdf/3.0#"xmlns:daml="http://www.daml.org/2001/03/daml+oil#"xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"

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- 164 -

</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="Recul_du_Trait_de_Cote_et_de_Falaise"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Mouvement_de_terrain"/>

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</owl:Class><owl:Class rdf:ID="PhenomeneNonDommageable"><owl:disjointWith rdf:resource="#PhenomeneDommageable"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Trait_de_Cote_et_Falaise_Littorale_Cote_a_Falaise"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Recul_du_Trait_de_Cote_et_de_Falaise"/>

- 165 -

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Video"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Document"/>

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</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Chutes_de_pierres_ou_de_blocs"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Eboulement_Chuttes_de_pierres_et_de_Blocs"/>

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- 166 -

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</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="Ruisselement_Urbain_ou_Peri_Urbain"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Par_Ruisselement_et_Coulee_de_boue"/>

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</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Image"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Document"/>

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</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="Maree_de_Tempete_Houle"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Par_Submersion_Marine"/>

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- 167 -

<owl:Class rdf:about="#Affaissement"/></rdfs:subClassOf>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Inondation"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Phenomene"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Image_Satellite"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Image"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Affaissement"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Mouvement_de_terrain"/>

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</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Effondrement_Localise_du_a_des_cavites_Naturelles"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Effondrement"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Debordement_Rapide"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Par_Une_Crue"/>

</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="BD"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Document"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Par_Une_Crue"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Inondation"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Texte_Reglementaire"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Texte"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Lahars"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Eruption_Volcanique"/>

</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="Coulee_Boueuse_issue_de_glissement_amont"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Glissement_de_terrain"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Raz_de_Maree_Tsunami"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Par_Submersion_Marine"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Image_Aerienne"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Image"/>

</owl:Class>

- 168 -

<owl:Class rdf:ID="Eboulement_en_masse"><rdfs:subClassOf><owl:Class rdf:about="#Eboulement_Chuttes_de_pierres_et_de_Blocs"/>

</rdfs:subClassOf></owl:Class><owl:Class rdf:ID="Eruption_Volcanique"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Phenomene"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Par_Remontee_de_Nappes_Naturelles"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Inondation"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Par_Ruisselement_et_Coulee_de_boue"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Inondation"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Lignes_de_Grains"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#tempete_et_Grains"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Fluage_Solifluxion"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Glissement_de_terrain"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Par_Lave_Torrentielle"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Inondation"/>

</owl:Class><owl:Class rdf:ID="Trait_de_Cote_et_Falaise_Littorale_Cote_Basse"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Recul_du_Trait_de_Cote_et_de_Falaise"/>

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- le versant est-nord-est est incline entre 80% et 100% a 2.000 m. En-dessous,la pente est soutenue (50%) jusqu’aux chalets construits vers 1.850 d’altitudes ;- le versant nord-est (situe au nord du precedent) est domine par une barre rocheuse.La zone de depart situee sous cette barre est inclinee a 80% sur 50 m de denivelee(entre 1.900 et 1.950 m).</rdfs:comment>

<date_occurance>1970</date_occurance><Duree>1h</Duree><Concerne>

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<Avalanche rdf:ID="Alaska"/></Concerne><date_occurance>1968</date_occurance><date_occurance>1978</date_occurance><date_occurance>1960</date_occurance><Secteur>Bois de la Balme</Secteur><date_occurance>1996</date_occurance>

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- le versant est-nord-est est incline entre 80% et 100% a 2.000 m. En-dessous,la pente est soutenue (50%) jusqu’aux chalets construits vers 1.850 d’altitudes ;- le versant nord-est (situe au nord du precedent) est domine par une barrerocheuse. La zone de depart situee sous cette barre est inclinee a 80% sur 50 mde denivelee (entre 1.900 et 1.950 m). </rdfs:comment>

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- le versant est-nord-est est incline entre 80% et 100% a 2.000 m. En-dessous, lapente est soutenue (50%) jusqu’aux chalets construits vers 1.850 d’altitudes ;- le versant nord-est (situe au nord du precedent) est domine par une barre rocheuse.La zone de depart situee sous cette barre est inclinee a 80% sur 50 m de denivelee(entre 1.900 et 1.950 m).</rdfs:comment>

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