Kamal Serrhini

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Forum Loire & affluents Au coeur de l'Europe des fleuves 10 décembre 2014 Echange d’expériences et transfert de savoir-faire en matière de coopération sur la gestion intégrée des bassins fluviaux. Kamal Serrhini ACCELL Evaluation spatio-emporelle de l'accessibilité d'enjeux localisés en situation d'inondation sur le bassin de la Loire

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10 décembre 2014 Kamal Serrhini (MCF) Houssein Alaeddine (Docteur - ATER) Mindjid Maïzia (Prof.) Emmanuel Néron (Prof.) Évaluation spatio-temporelle de l’ ACCessibilité d’enjeux localisés en situation d’inondation sur le bassin de la Loire (ACCELL) F inancé par l’Union Européenne et la Région Centre dans le cadre du Plan Loire 2011-2014 1

Introduction : problématique et intérêts:

Introduction : problématique et intérêts Gestion d’une crise d’inondation : PCS, ORSEC… Développement d’un système d’évacuation efficace Apport d’une assistance aux services techniques et aux forces de secours en termes d’accessibilité et de délestage . 2

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3 Introduction : Sites d’études Val de Tours (Fr, 37) : Crues historiques majeures (PHEC, PPRi ) Protégé de l’aléa par un imposant système de digues Système de prévision de crues (SPC - DREAL, SCHAPI) Evacuation préventive Val de Gien (Fr, 45) : Partiellement digué Caractère lent d’une inondation (par débordement) Évacuation avant et pendant la crise ( coupures de routes )

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4 Source : BUTTIN Caroline, CHEVALIER Samy , GERARD Pauline, HAUTIN Florence et MEREAU Quentin. Stage collectif , encadré par M. SERRHINI Kamal , EPU DA4, 2011. Tours val de Tours : entre protection et vulnérabilité Cours d’eau Territoire d’étude Digues (hauteur moyenne égale à 6m) Brèches historiques Fosses d’érosion égales à 100 fois la hauteur de digue (source : DDT37) Zones de destruction égales à 200 fois la hauteur de digue (source : DDT37) Système de digues et brèches historiques : pas de scénario d’inondation

Site du val de Tours et l’aléa d’inondation:

Site du val de Tours et l’aléa d’inondation 5 Environ 130 000 personnes à évacuer Source : BUTTIN Caroline, CHEVALIER Samy , GERARD Pauline, HAUTIN Florence et MEREAU Quentin. Stage collectif , encadré par M. SERRHINI Kamal , EPU DA4, 2011. Tours La riche La Ville aux Dames St-pierre-des-Corps

L’aléa d’inondation (PPRi 2002) sur le val de Gien:

L’aléa d’inondation ( PPRi 2002) sur le val de Gien 6 Caractéristiques du site d’étude Aléas Surface concernée par l’aléa d’inondation (ha) Très fort 1771 Fort 1113 Moyen 293 Faible 136 Total : 3315 ha sur 19195  17 % du site d’étude

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Modélisation du problème Méthodes de résolution Applications et résultats Conclusion et perspectives 7 Plan de réalisation

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8 Plan d’évacuation : Définition : Il s’agit de fixer pour chaque personne/véhicule sa date de départ et le chemin à emprunter But : Calculer un plan d’évacuation de durée totale minimale (sans congestion) Objectifs et contraintes : Maximisation des flots des bâtiments selon une liste de priorités d’évacuation établie préalablement Minimisation du nombre de créneaux d’évacuation de chaque bâtiment Succession des créneaux d’évacuation de chaque bâtiment Respect des chemins d’évacuation prédéterminés Respect de la capacité des points sûrs (ZRO) Minimisation des dates de départ d’évacuation Ecoulement de trafic dans le réseau sans interruption (sans congestion) Conséquence : Réalisation du plan d’évacuation en termes d’ordonnancement (notions de créneau et d’intervalle de temps)

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Regroupement des bâtiments Reconfiguration du réseau Association des bâtiments aux points sûrs Construction du plan d’évacuation Simulation et vérification du plan évacuation Réseau de transport Aléa Bâtiments à évacuer Détermination de la localisation des ZRO Construction de la base de données du modèle Modélisation du problème (STOM) Edition et cartographie du plan d’évacuation Calcul de K-meilleurs chemins : groupe de bâtiments       point sûr associé Système d’ordonnancement d’évacuation Liste de priorités d’évacuation Flot maximum lexicographique (temps discret) Respect de chemins d’évacuation Succession des créneaux d’évacuation de chaque bâti Minimisation du nombre de créneaux de chaque bâtiment Modèle de poursuite de véhicules Minimisation des temps de départ Trafic sans interruption (temps continu) Prévention de chevauchement (réseau non congestionné) 9 9

estimation de la population impactée :

Surface au sol Hauteur du bâtiment Nombre d’étages Surface développée du bâtiment IRIS i Population de l’IRIS i Surface développée de l’IRIS i Densité de population par m² de bâti par IRIS estimation de la population impactée Population impactée par l’aléa d’inondation Surface développée de l’IRIS i impactée Source : Evaluation du PPRI 2001 Val de Tours – Val de Luynes. DDT37. Atelier-projet, EPU DA5, 2013 10 10

Répartition de la population impactée par l’aléa d’inondation:

Répartition de la population impactée par l’aléa d’inondation Population impactée par commune Loire Aléas de la Loire Rive droite Rive gauche Val de Gien Limites communales Environ 3340 personnes à évacuer 15.5 % de la population totale 11

regroupement des bâtiments:

regroupement des bâtiments 12

Affectation des bâtiments aux points de rassemblement:

Affectation des bâtiments aux points de rassemblement 13 Critères d’association : Proximité des ZRO Capacité des ZRO Accessibilité aux ZRO

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14 La Loire Le Cher Tours

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15 Distance euclidienne par rapport à la Loire : zooms 15 La priorité sera donnée au bâtiment le plus proche de la digue (forte vulnérabilité). La Loire

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16 Coupures de routes

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Calcul de K-meilleurs chemins 17 Critères : temps de parcours temps de parcours divisé par le nombre de voies du tronçon routier Méthode K-min (chemins utiles) : Calcul de plus court chemin en excluant les arcs de capacité résiduelle nulle Soustraction de la capacité résiduelle du chemin calculé à la capacité résiduelle de tous ses arcs Méthode K-tous (chemins de grande capacité) : Calcul de plus court chemin en ignorant les arcs des chemins plus courts précédents

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18 Comparaison de 2-min et 2-tous selon les deux critères sélectionnés 6 14

Construction du graphe et modèle de trafic:

Construction du graphe et modèle de trafic 19 La relation entre la vitesse et la densité La relation entre le débit et la densité

Comparaison entre flot maximum et flot maximum lexicographique:

Comparaison entre flot maximum et flot maximum lexicographique 20 Figure 1 : Flot maximum Figure 2 : Flot maximum lexicographique Vers ZRO du Nord Vers ZRO du Sud

Algorithme de poursuite du flot des véhicules:

Algorithme de poursuite du flot des véhicules Simulation de la trajectoire des véhicules Minimisation du temps de départ Evitement de chevauchement 21 Numéro de bâtiment Date de départ k- ème chemin

Scénario 1 évacuation au début de l’inondation:

Scénario 1 évacuation au début de l’inondation 22 22

Les bâtiments du val de Gien : évacuation au début de l’inondation : 327 bâtiments à évacuer:

Les bâtiments du val de Gien : évacuation au début de l’inondation : 327 bâtiments à évacuer 23 Aléa PPRI 23

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24 Affectation aux points de rassemblement : Proximité et capacité 24

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25 Calcul de 3-meilleurs chemins 25

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26 Début de l’évacuation du val de Gien 26

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27 val de Gien en cours d’évacuation 27

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28 A la fin de l’évacuation du val de Gien 28

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29 val de Gien est complètement évacué 29

Scénario 2 évacuation après 125H du début de l’inondation:

Scénario 2 évacuation après 125H du début de l’inondation 30 30

Les bâtiments du val de Gien : évacuation après 125h du début de l’inondation:

Les bâtiments du val de Gien : évacuation après 125h du début de l’inondation 31 31

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32 Affectation aux points de rassemblement 32

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33 Début de l’évacuation du val de Gien 33

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34 val de Gien en cours d’évacuation 34

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35 A la fin de l’évacuation du val de Gien 35

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36 val de Gien est complètement évacué 36

Conclusion et perspectives:

Conclusion et perspectives ACCELL : développement d’une démarche qui vise à calculer un plan d’évacuation de la population située en zones inondables Applications : Evacuation préventive Evacuation pendant l’inondation (vulnérabilité indirecte en termes de coupures de routes) Difficulté relative au comportement des évacués : le respect des chemins d’évacuation, dates de départ… Nécessité de développer une interface utilisateur pour les gestionnaires… 37

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38 Articles en cours de soumis à des revues internationales : H. ALAEDDINE , E. Neron , K. Serrhini and M. Maizia . A novel polynomial algorithm for the lexicographic maximum dynamic flow problem with several sources applied to evacuation planning H. ALAEDDINE , K. Serrhini , E. Neron and M. Maizia . Traffic assignment algorithms for planning a vehicular evacuation plan H. ALAEDDINE , M. Maizia , K. Serrhini and E. Neron . A mezoscopic vehicles pursuit model for managing traffic during a massive evacuation H. ALAEDDINE , K. Serrhini , M. Maizia and E. Neron . Finding the K-best paths in evacuation network H. ALAEDDINE , K. Serrhini , M. Maizia and E. Neron . A spatio-temporel optimization model for the evacuation of the population exposed to natural disasters Conférences internationales et nationales The 2nd European Conference on FLOODrisk Management. Presentation : Mass-evacuation model for a population located in a floodplain. Rotterdam 2012 2nd International Symposium on Combinatorial Optimization . Paper : Planning for evacuation .  April 2012, Athens .      - 13e congrès annuel de la Société française de Recherche Opérationnelle et d’Aide à la Décision (ROADEF 2012, 11-13 Avril, Angers); paper : Modèles et méthodes de résolution pour l’évacuation d’une ville en cas d’inondation.

Etat de l’art : Optimisation et planification du plan d’évacuation:

Etat de l’art : Optimisation et planification du plan d’évacuation Modèles d’affectation de trafic [ Bliemer 2001 ; Peeta 2001 ; Han 2006 ; Kent 2008] Choix de l’itinéraire Chargement du réseau dynamique 39 Modèles de flot dynamique [Ford 1958 ; Minieka 1973 ; Hamacher 2001 ; Koch 2010 ] Optimisation du flot dans le réseau Type macroscopique Système d’équilibre d’utilisateurs [ Wardrop 1952 ; Bergomi 2009] Conducteurs égoîstes Temps de trajet égaux et minimaux entre le même couple origine-destination Génération de congestion Temps de trajet total n’est pas minimisé System optimal [ Rougharden 2001; Jahn 2005] Coopération des conducteurs Affectation non équitable de différentes durées de trajet aux individus se déplaçant entre le même couple origine-destination Trafic sans congestion Temps de trajet total minimal

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