Fusion de données pour l’évaluation nationale du risque sismique : une approche préventive et générale des vulnérabilités.

Issu d’une commande ministérielle, ce résultat et constitue potentiellement un outil destiné à appuyer la programmation de politiques de prévention des risques. Cette communication porte sur le risque sismique, dont l’aléa est mesuré à la commune, mais le projet traite d’autres phénomènes naturels de résolution plus fine ce qui impose d’observer avec la plus grande résolution les enjeux étudiés.

+ Cartographies exhaustives, pérennes, et simples à actualiser

+ Ordres de grandeur macroscopiques pour la prévention

+ Premières pierres d’un observatoire national des vulnérabilités

+ Outil d’aide à la décision pour les services de l’Etat (DGPR)

– Indicateurs imprécis, incertitudes

? Intégration en cours d’autres données (ICPE, ERP, etc.)

? Déclinaisons locales des critères d’évaluation des vulnérabilités

? Préconisations pour la consolidation des données étudiées

Aléa : danger. Ici, gamme de mouvements du sol envisageable lors d’un séisme

Enjeux : objets de valeur étudiés dont la protection importe. Ici, bâti d’habitation

Vulnérabilité : fragilité des objets étudiés face à un phénomène destructeur

Risque sismique : impact potentiel d’un séisme sur les enjeux selon leur fragilité

Aléa sismique x Vulnérabilité des enjeux RisqueZonage d’aléa Logements construits Logementssismique de 2010 avant 1948 / commune menacés / commune

0 – Approche générique du risque

.

Aujourd’hui, la plupart des évaluations de risques sont locales et la spécificité des données requises pour ces analyses limitent leur application à des espaces de grande étendue. Or, pour les services de l’Etat, une vision globale permettrait de renforcer le lien entre les stratégies nationales de prévention et la variété des contextes territoriaux. Cette communication sur le risque sismique évalue le potentiel de données de grande envergure non spécifiques aux risques pour analyser la vulnérabilité à l’échelle nationale à des fins préventives.

Fusion de données pour l’évaluation nationale du ri sque sismique : Une approche préventive et générale des vulnérabilités

Poujol Gabriel*, Labbé Sylvain* – Cemagref Montpellier – UMR TETIS

A l’aide de matrices de dommages6 nous calculons un ordre de grandeur des dégâts possibles selon une classe de vulnérabilité et une d’intensité d’aléa.

Nombre de logements d’une commune Intensité d’aléa sismique sur lapar classe de vulnérabilité commune (échelle EMS-98)

Répartition des logements de chaque classe par degrés d’endommagement

Nombre de logements par classe de dommages et par commune

Estimations statistiquesdu risque sismique encouru

VVVIVI

VIVI

VIVIVI

VI

VI VI VIIVII

IEMS-98 (commune) = VV

012120597754641428

FFEEDDCCBBAA

Toutes classes

confondues

Commune Commune xx

~ 0 %~ 0 %~ 0 %~ 2 %~ 10 %~ 88 %

A = fragileA = fragile………………………………………………......…………..……F = rF = réésistantsistant

D0 = intactD0 = intact…………………………………………………………....………………………………..…………....……..D5 = effondrement complet..D5 = effondrement complet

Introduction

2 – Estimation des vulnérabilités

Des données de sémantique et de précision différent es :

DonnDonnéées attributaires communales (tableaux statistiques du recensemenes attributaires communales (tableaux statistiques du recensement)t)

Résidences principales de chaque commune réparties selon l’âge et le nombre d’étages des bâtiments

Recensement Général des Populations – © INSEE

DonnDonnéées spatialises spatialisééeses

Nature et structure des parties principales habitation soumises à l’impôt et localisées au centroïde des parcelles

BD Majic1 (données confidentielles anonymisées) – © DGFiP

Géo-positionnement du bâti indifférencié et du parcellaire cadastralBD Topo et BD Parcellaire2 – © IGN

L’intégration des logements (parties principales habitation ) au sein du bâti indifférencié de l’IGN est réalisé itérativement…

…mais la non-généricité des traitements correctifs envisagés ne permet pas actuellement d’obtenir une correspondance fiable (incertitudes).

L’intégration du bâti indifférencié de l’IGN est sou mise a des retraitements. Le bâti d’habitation n’est étudié ici qu’avec les do nnées DGFiP et INSEE.

1 – Données d’analyse des enjeux

3 – Calcul des indicateurs de risque

4 – Exemple de cartographie

*Cemagref Montpellier, Maison de la Télédétection, UMR Territoires, Environnement, Télédétection et Information Spatiale - Contact : [email protected] & [email protected]

Conclusion

Poujol G., Labbé S., Sabourault P., Schlupp A., 2011 ; Elaboration de la carte de France des vulnérabilités au risque sismique. Cemagref, DGPR–MEDDTL, BCSF, 82 p (diffusion limitée DGPR)1 Ieti Consultants, 2008 ; Les fichiers fonciers standards délivrés par la DGI vol. 1 et 2. DGUHC-MEDDTL, 64 p & 116 p2 Institut Géographique National, 2009 ; BD Topo et BD Parcellaire V.2, Descriptifs de contenu. IGN, 172 p3 Grünthal G., éd. française par Levret A., 2001 ; European Macroseismic Scale 1998. Conseil de l’Europe, Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie, Volume 19. 103 p4 Schlupp A et al., 2010 ; Méthodes simplifiées d’évaluation statistique des classes de vulnérabilité sismique EMS-98 àl’échelle communale. Rapport BCSF2010-RP1, 2010, 137 p. (diffusion limitée DGPR)5 Sedan O. et al., 2008 ; Scénario départemental de risque sismique. Rapport BRGM/RP-55415-FR, 455 p6 Milutinovic Z. V. et al., 2003 ; Risk-UE WP 04 – Vulnerability of current buildings. European Commission, 110 p

Vulnérabilité générale au risque sismique

Risque d’effondrements potentiels de

logements par commune (effectifs)

0 %0 %0 %0 %6,06 %93,94 %VV

D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0Classe AClasse A

Classification EMS-98 3 de la vulnérabilité du bâti existant

Basée sur l’observation de dégâts post-séismes, l’EMS-98 (échelle macrosismique européenne) classifie les modes constructifs selon leur fragilité. 2 matrices de conversion permettant ainsi d’estimer la vulnérabilité d’un bâtiment sont testées.

Nombre d’étages + période construction

~ classe de vulnérabilité EMS-98avec les résidences principales de l’INSEE5

Nature des murs + période construction

~ classe de vulnérabilité EMS-98avec les parties principales habitation DGFiP4

Une matrice de conversion en classes EMS-984 :

Repères bibliographiques

EDCB2 2 àà 5 5 éétagestages

EDCA5 5 àà 8 8 éétagestages

DDCA1 1 éétagetage

EDCA9 et +9 et +

Ap. 1990Ap. 19901975 1975 –– 80801949 1949 –– 7575Av. 1948Av. 1948

Très

Faib

leFaib

le0 -

12 -

56 -

15

16 -

50

51 -

100

0 - 15

16 -

150

151 -

1500

1501

- 15

000

1500

1 - 25

000

En raison de confidentialité de certaines données et de la présence d’incertitudes, les résultats sont agrégés à la commune. Ils représentent les impacts potentiels d’un seul séisme sur une seule commune et ne sont pas additifs. Cette approche préventive des vulnérabilités permet ainsi de hiérarchiser des bassins de risque ou de vulnérabilité mais elle n’a pas de vocation règlementaire.

Réception Mars 2011, sélection Mai 2011, présentation 07 Juillet 2011 à Paris, publication Novembre 2011

SAGEO 2011 - Conférence internationale de Géomatique et d'Analyse Spatiale 25ème Conférence Internationale de Cartographie

Réception Mars 2011, sélection Mai 2011, présentation 07 Juillet 2011 à Paris Publication Novembre 2011

Fusion de données pour l’évaluation nationale du risque sismique Une approche préventive et générale des vulnérabilités Poujol Gabriel *, Labbé Sylvain* *Cemagref - Maison de la Télédétection, UMR TETIS 500, rue Jean-François Breton F - 34093 Montpellier Cedex 5 [email protected], [email protected] RÉSUMÉ. Dans le but de réduire la vulnérabilité du territoire national aux séismes, le Ministère en charge de l’environnement souhaite disposer d’une connaissance générale de la vulnérabilité au risque sismique. Cette étude évalue pour cela un modèle qui combine aléa et vulnérabilités afin de restituer des scénarii de dommages potentiels aux logements à partir de données de grande envergure non spécifiques à l’évaluation des risques et de méthodes élaborées à l’échelle européenne. Les résultats sont cartographiés à l’échelle nationale dans le but de hiérarchiser des bassins de risque. Si ce travail n’a pas pour vocation de donner des résultats détaillés à la précision des logements il permet en revanche d’obtenir des indicateurs exhaustifs et simples à actualiser pour une vision pérenne des vulnérabilités. En cela, il constitue les premières pierres d’un observatoire des vulnérabilités et un outil d’aide à la décision à destination des services de l’état.

ABSTRACT. In order to mitigate the vulnerability of the French territory to seismic events, the French ministry of ecology wants to have a general knowledge about seismic risks. This study assesses a model that combines seismic hazard and vulnerability in order to produce scenarios of potential damages to general residence buildings from large-scale and non risk-specific data and European risk assessment methods. The results are mapped with a global scale to prioritize critic risk areas. If the purpose of this work is not to give detailed results for each buildings, it permits otherwise to assess exhaustive indicators for a sustainable and easy to update vision of seismic vulnerabilities. In that way, our work is the first milestone of a vulnerabilities observatory which might help decision support for prevention policies.

MOTS-CLÉS : vulnérabilité, échelle nationale, risque sismique, fusion de données, risques naturels, observatoire

KEYWORDS: vulnerability, national scale, seismic risk, data fusion, natural hazards, observatory

SAGEO'2011 - Actes Avignon - ISBN : 2-910545-08-3

2 SAGEO 2011 - Conférence internationale de Géomatique et d'Analyse Spatiale

Modalités et intérêts d’une étude nationale des vulnérabilités.

Aujourd’hui, la plupart des outils d’évaluation et de sensibilisation relatifs aux risques naturels se font à l’échelle locale1. Cependant, le niveau de spécificité des données requis pour ce type d’analyses détaillées proscrit quasiment toute application sur des espaces de grande étendue. Or, pour les acteurs institutionnels de la prévention des risques2 une telle vision renforcerait la cohérence entre les stratégies nationales de prévention et des contextes territoriaux variés. Le travail présenté estime le potentiel de la fusion de données de grande envergure – IGN, cadastre – non spécifiques à l’évaluation des risques pour analyser la vulnérabilité des logements à différents phénomènes naturels. Il est question de construire une connaissance nationale de la vulnérabilité du bâti d’habitation pour identifier et appuyer les processus de prévention plus locaux. Cette communication porte sur les séismes, mais le projet traite également les incendies de forêt et les retraits-gonflements d’argiles.

Pour sa protection, l’homme cherche à prévoir les catastrophes, c'est-à-dire à connaitre l’interaction entre la société et des phénomènes naturels destructeurs. En ce sens, il étudie comment ses propres valeurs sont exposées aux phénomènes physiques déployant une grande énergie, et comment elles y résisteraient. C’est ce que résume l’expression communément utilisée « Risque = Aléa x Vulnérabilité des Enjeux ». Nous proposons une évaluation du risque sismique à partir des éléments présentés ci-après.

– Le nouveau zonage sismique règlementaire de la France3 (entré en vigueur le 1er mai 2011) : réalisé par le bureau d’études Geoter4, il donne pour chaque commune une gamme de mouvements du sol auxquels il est possible de s’attendre à l’occasion d’un séisme afin d’appliquer des normes de construction parasismiques.

– En tant qu’enjeux, cette étude ne s’intéresse à ce stade qu’aux habitations en leur sens cadastral : le lieu de l’habitat est donné par une base de l’IGN, et les caractéristiques de cet habitat sont allouées aux bâtiments localisés par recoupement à la parcelle de données du ministère des finances selon différents modes d’intégration de données (intersection, jointure sur attributs, zones de desserte).

– La vulnérabilité de ces logements est établie avec l’expertise du Bureau central sismologique français (BCSF) : des scores d’endommagement sont affectés à

1. Plans de prévention des risques naturels, plans communaux de sauvegarde, documents d’information communaux sur les risques majeurs, plan départementaux de protection des forêts contre l’incendie, scénarios départementaux du risque sismique, etc. 2. Direction générale de la prévention des risques (DGPR) du Ministère en charge de l’environnement, chargés de mission risques de ses services déconcentrés 3. http://www.planseisme.fr/Zonage-sismique-de-la-France.html 4. Geoter est un bureau d’études spécialisé en géologie, tectonique, environnement et risques qui a réalisé la nouvelle carte d’aléa sismique du Ministère en charge de l’environnement


Fusion de données pour l’évaluation nationale du risque sismique 3

chaque logement en fonction de l’intensité sismique sur la zone et de la fragilité du bâtiment

Tel qu’il est présenté ici, le risque est un état de connaissances de l’interaction entre aléa et vulnérabilité des enjeux. Nous assemblons différentes connaissances dans un modèle (figure 1) qui restitue des ordres de grandeurs de dommages potentiels. La qualité et le niveau de lecture des sorties du modèle dépendent de la vocation et de la précision des données mobilisées.

Notre modèle présente une partie spatiale à gauche et une partie attributaire et statistique à droite. Les composantes « vulnérabilité des enjeux » sont en haut du schéma, et les composantes liées à l’aléa sismique en bas.

Figure 1. Architecture du modèle



L’écart d’échelles entre la connaissance des enjeux et le zonage sismique utilisés ici impose d’agréger les résultats à la granularité la plus grossière. De plus, la lecture des résultats du projet est attendue à l’échelle nationale ou régionale. Les indicateurs obtenus sont donc agrégés à la commune pour un niveau de lecture global.

1. Connaître les enjeux

Pour la connaissance de l’habitat cadastral, une base de données « enjeux » est déployée. En l’état actuel, elle fusionne les deux sources de données suivantes :

– BD Topo et BD Parcellaire (vecteur) de l’IGN : géométrie des bâtis de précision quasi-métrique en x y et z sans distinction d’usage et de nature (bâti indifférencié), parcellaire cadastral mis en cohérence géométrique avec le RGE

– Fichiers fonciers Majic de la DGFiP5 : attributs sur la nature, la structure, et l’historique de construction des logements

Le croisement de ces données met en correspondance les attributs des logements recensés par la DGFiP avec la géométrie des bâtis. Or, ces données ne sont pas conçues spécifiquement pour la caractérisation de la vulnérabilité des logements, ni pour être assemblées. La précision de cette fusion est donc évaluée et les sources d’erreur topologiques et autres facteurs d’imprécision sont identifiés et tracés.

2. Evaluer la vulnérabilité des enjeux à partir des données fusionnées

Notre approche de la vulnérabilité sismique du bâti se base sur l’échelle macrosismique européenne EMS-98 (Grunthal, 2001) présentée figure 2. Etablie sur des retours d’enquêtes post-séismes, elle évalue l’intensité des séismes en dénombrant les effets observés sur le bâti, les êtres vivants et le milieu naturel. Pour le bâti, une classification des modes constructifs est définie - de type bois, acier, béton armé, etc. - en fonction de leur résistance à des séismes de différentes intensités. Ce sont des classes de vulnérabilité sismique EMS-98, car elles sont basées directement sur la typologie bâtimentaire de cette échelle. Ces classes ont été réévaluées par le BCSF (Schlupp, 2010) afin d’évaluer la vulnérabilité directement à partir des données foncières. Nous attribuons ainsi une classe de vulnérabilité à l’habitat cadastral à partir de données extraites des fichiers fonciers (période de construction des bâtiments, nombre d’étages, etc.).

3. Calculer un ordre de grandeur des dommages possibles

Pour estimer l’interaction entre aléa et vulnérabilité et in fine calculer le risque, notre connaissance de la fragilité des habitations doit être couplée avec le zonage 5. Direction générale des finances publiques du Ministère des finances



d’aléa sismique. Des scores d’endommagement sont appliqués aux enjeux étudiés à l’ aide de l’EMS-98 (figure 2).

Le modèle utilise à l’inverse l’approche descriptive des vulnérabilités de l’EMS-98

Figure 2. Modélisation Vs Description : des processus complémentaires

Les différentes intensités sismiques de l’échelle EMS-98 décrivent la proportion des bâtis endommagés au sein des différentes de vulnérabilité à l’aide des termes « quelques », « beaucoup » et « la plupart » (figure 2). Ces dégâts se déclinent en degrés de dommages de D0 (intact) à D5 (complètement effondré). Dans le cadre du projet européen Risk-UE (Milutinovic, 2003), une méthode est élaborée pour transposer les dénombrements de logique floue de l’EMS-98 en fonctions d’appartenance (figure 3) aux mêmes degrés d’endommagement. Les scores d’endommagement obtenus sont regroupés sous forme de matrices de dommages. En fonction d’une classe de vulnérabilité et d’une intensité sismique, ces matrices attribuent aux enjeux des scores d’endommagement pour chaque degré de D0 à D5.

Les indicateurs obtenus en sortie révèlent donc conjointement la vulnérabilité matérielle des enjeux et l’exposition spatiale à l’aléa. Toutefois, la carte d’aléa est donnée en intensités à la commune. En termes de lecture des indicateurs, il faut impérativement considérer que nos résultats expriment les dommages d’un seul séisme à l’échelle d’une seule commune avec une certaine probabilité.



L’ intensité macrosismique et la classe de vulnérabilité des enjeux étudiés sont les éléments fondamentaux nécessaires au dénombrement des dommages potentiels

Figure 3. Méthodologie d’évaluation des dommages basée sur l’EMS-98

Ces scores d’endommagement ne sont pas additifs entre eux mais propres à chaque commune. En revanche, ils donnent un ordre de grandeur de la variabilité du risque sismique commune par commune sur l’ensemble territoire, ce qui améliore la connaissance des vulnérabilités en vue de leur réduction.

4. Des estimations du risque potentiel à la granularité des communes

L’objectif du travail présenté n’est pas de permettre une analyse précise et détaillée à l’échelle des logements, mais d’appréhender la vulnérabilité générale à l’échelle de la France entière à des fins préventives. Au nom de cette démarche, nous agrégeons les indicateurs au niveau des communes pour restituer une vision statistique. Un détail précis des dommages limiterait la validité de nos résultats et pourrait diviser les intérêts locaux. De plus, au vu des facteurs de vulnérabilité statistiques utilisés, des différentes incertitudes et de l’utilisation de données géographiques sensibles comme le cadastre, la diffusion de résultats précis doit être limitée. Il est donc primordial de traduire les sorties chiffrées du modèle en ordres de grandeurs standardisés de type 0 à 10, 10 à 100 logements effondrés, etc.

La sémiologie présentée ici est proposée à l’échelle de régions pour restituer des ordres de grandeurs significatifs et globaux sur petit format. Les choix



sémiologiques sont donc biaisés pour être adaptés à la dimension de restitution, et peuvent être améliorés. Les indicateurs construits permettent en revanche d’appréhender et de comparer l’exposition globale de portions du territoire national aux séismes. Il est ainsi possible de hiérarchiser des bassins de risque pour identifier les zones critiques qui doivent être étudiées avec une plus grande précision pour la réduction des vulnérabilités.

Ordres de grandeur du risque sismique sur les régions du Sud-est français

Figure 4. Cartographie de la vulnérabilité des logements au risque sismique

Conclusions

Si les résultats finaux sont peu spécifiques, cette évaluation du risque sismique permet de dépister les zones à risque à l’échelle du pays avec des indicateurs exhaustifs nationalement, simples à actualiser et évolutifs. De plus, cette étude tend à permettre une approche diachronique car les données institutionnelles utilisées bénéficient de mises à jour régulières. Il est également envisageable de diminuer les



biais engendrés en affinant les facteurs de vulnérabilité utilisés ou bien en bénéficiant des processus de consolidation des mêmes données institutionnelles. En parallèle, d’autres bases de données existent et doivent être intégrées à l’étude pour enrichir notre connaissance des bâtiments (établissements recevant du public, installations classées pour l’environnement, etc.). En tant qu’observatoire des vulnérabilités, le projet présenté constitue potentiellement un outil d’aide à la décision en matière de politiques de prévention des risques.

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