slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Sommaire PowerPoint Presentation
Download Presentation
Sommaire

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 57

Sommaire - PowerPoint PPT Presentation


  • 97 Views
  • Uploaded on

Mathématique & Gestion Intégrée de la Ressource en Eau : indicateurs & processus d’aide à la décision Daniel PIERRE, société Géo-Hyd Orléans, le 4 février 2010. Sommaire. Présentation générale de la société et de son activité R&D Mathématiques & GIRE 2.1 Indicateurs & statistiques

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Sommaire' - briar-cummings


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Mathématique & Gestion Intégrée de la Ressource en Eau : indicateurs & processus d’aide à la décision

Daniel PIERRE, société Géo-Hyd

Orléans, le 4 février 2010

slide2

Sommaire

  • Présentation générale de la société et de son activité R&D
  • Mathématiques & GIRE
    • 2.1 Indicateurs & statistiques
    • 2.2 Calcul intensif & SIG
  • Perspectives
slide3

Géo-Hyd

Parc technologique du Clos du Moulin

101, rue Jacques Charles

45160 Olivet

02 38 64 02 07

www.geo-hyd.com

SARL au capital 65.000 € - Création en 1998

CA 2009 :1,35 M€ (20% export), 20 personnes

Depuis 11 ans, un savoir-faire classique :

Études, services et ingénierie Eau et Environnement

et une démarche innovante :

Géomatique, Informatique, NTIC, BDD

Société d’ingénierie dans le secteur de l’environnement spécialisée en

gestion intégrée des ressources naturelles

& systèmes d’informations et outils d’aide à la décision

slide4

Un cercle « vertueux »

d’expertise et de services

slide5

Quelques références (1/2)

  • Institutionnels de l’Eau & de l’Environnement :
  • - Agence de l’Eau Loire Bretagne, Agence de l’Eau Seine Normandie, Agence de l’Eau Rhône Méditerranée & Corse,
  • - ADEME, AFSSET, BRGM, IFEN, INRA, INERIS, INRS, ONF, ONEMA,
  • - Ministère en charge de l’Agriculture et de la Pêche, Ministère en charge du Développement Durable, DIREN (Bretagne, Centre,….), DDA / DRAF (Pays de la Loire, Centre), « Groupe Régionaux d’Action Phyto »
  • GIP Loire – Estuaire, Etablissement Public Loire
  • Collectivités locales & territoriales – EPTB :
  • - Conseils Régionaux (Centre, Pays de la Loire…), Conseils Généraux (94, 45, 28…),
  • - Communauté d’Agglomération (CAO,….), Communes (Orléans,…)
  • - Commission Locales de l’Eau (Loiret, Estuaire de la Loire, Cher Amont, Sauldre, Orge-Yvette, Rance-Frémur-Baie de Beaussais, Allier aval,…)
  • - Syndicat de Rivières / CRE (SIAHVY, bassin versant de l’Anse d’Yffiniac,…)
slide6

Quelques références (2/2)

  • Organismes Internationaux – Bailleurs de fond :
  • Commission Européenne (FED) / Niger,
  • Banque Mondiale / Algérie, Côte d’Ivoire, République Démocratique du Congo
  • Agence Française de Développement (AFD) / Autorité du Bassin du Niger
  • Agence Canadienne de Développement International (ACDI) / Autorité du Bassin du Niger
  • Industriels & autres sociétés privés :
  • - Lyonnaise des Eaux, Cemex, Onyx-Soccoim, Sogerem / groupe ALCAN
  • - Exploitations agricoles, Coopératives agricoles (EpiCentre,…)
slide7

Les axes R&D

  • Méthodologie & outils d’évaluation de la qualité des eaux
  • Méthodologie et outils diagnostics:
    • Zones humides;
    • MES & érosion des sols
    • Macropolluants (N, P, ) et Micropolluants pesticides
  • MNT gros volumes & hydrologie :
    • ExtenGIS (calcul intensif & SIG)
  • Technologie SIG :
    • Webmapping & serveurs cartographiques
    • Brique logicielle
  • Indicateurs environnementaux :
    • Spatialisation (& notamment télédétection)
    • Mathématique d’aggrégation & statistique
    • Approche méthodologique
slide8

Sommaire

  • Présentation générale de la société et de son activité R&D
  • Mathématiques & GIRE
    • 2.1 Indicateurs & statistiques
    • 2.2 Calcul intensif & SIG
  • Perspectives
slide9

Avant propos :

Gestion intégrée de la ressource en eau ?

Directive

Cadre sur l’Eau

Loi sur l’eau

1992

Loi sur l’eau

1964

slide10

Avant propos :

des démarches conceptuelles

  • PER
slide11

Avant propos :

des démarches conceptuelles

  • DPSIR

etc……

?

Démarche d’analyse des pressions et des impacts (DPSIR)

[EEA, 1999 ; Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable, 2003]

mod lisation des pollutions ponctuelles norrman
Modélisation des pollutions ponctuelles : Norrman

Logiciel de simulation et de calcul des linéaires dégradés par les rejets des stations d’épuration à l’échelle de la masse d’eau

(Xavier Bourrain/ DEP / AELB)

  • Evaluation de la qualité de l’eau pour les paramètres standard (DCO,DBO, MES, Azote et Phosphate) et toxiques
  • 1900 Masses d’eau (CE, PCE) du bassin Loire Bretagne
  • Prise en compte des impacts des 6200 stations d’épuration collectivité et 630 rejets industriels (données AELB)
  • Utilisation des valeurs de débits d’étiage (simulation Pégase )
  • Calcul des concentrations le long de cours d’eau avec prise en compte de l’autoépuration, perte de charge,...
  • Calage du modèle à l’aide des données qualités des stations du RNB / RCS - REF

Logiciel téléchargeable sur le site Internet http://www.geo-hyd.net/cms/norrman

En phase de qualification

Obtention des données par WebService depuis une base de données unique (mise à jour des données par retour d’expérience)

conceptualisation du calcul des concentrations
Conceptualisation du calcul des concentrations

Tronçonj

Tronçoni

BD Carthage

2. Calcul des concentrations et flux intermédiaires

  • C1 = Arc(Pn-1).Troncon.Fct(Pkn, Pn-1.C, R)
  • F1 = C1/D
  • C2 = Arc(Pn). Troncon.ApportLateral*Distance(Pn-1,Pn)
  • F2 = C2/D
  • C3 = Pn.Concentration
  • F3 = C3/D
  • C4 = Pn.ChargeOut * Pn.DebitStep
  • F4 = Pn.ChargeOut

Arc(Pn-1)

Arc(Pn)

Graphe fragmenté

(C4)Step

(C1)Concentration du CE

C

Pn+1

Pn-1

Pn

(C2)Apport latéral

(C3)Pression ponctuelle

  • 1. Calcul du débit D en Pn
  • D = Pn.DebitCE + Pn.DebitSTEP si Step
  • D = Pn.DebitCE si PointDebit
  • D = Pn-1.D
  • D = DebitParDefaut si P0
  • 3. Calcul de la concentration en Pn
  • F = F1 + F2 + F3 + F4
  • C = Math.Max(BruitDeFond, F * (D)
slide14

Avant propos :

Indicateurs ?

Indice

Indicateurs

Descripteurs :

Données analysées

Données brutes :

Données collectées

  • Indicateur composite, indice ?
  • Simplification de la réalité
  • Agrégation d’information
    • Comparer
    • Classer, Trier
    • Communiquer
  • Sans dimension

Informations disponibles

D’après Maurizi & Verrel, 2002; Girardin et al., 1999; CORPEN, 2006

slide15

Avant propos :

Indicateurs ?

  • Exemple :

Niveau d’agrégation

et de complexité

P : risque pesticides vulnérabilité vs pression potentiel (SD, ex SIRIS)

P (vulnérabilité): vulnérabilité au ruissellement (SD)

P : Flux de pesticides rejeté au milieu aquatique (kg/an)

P (potentielle) : quantité de pesticides utilisée / BV (T/km2/an)

R : % de surface en culture alternative / BV (%)

FM : % de culture utilisant des pesticides / BV (%)

I : classe de qualité biologique / usage ([ ] / valeurs seuils)

E : concentration en pesticides (somme en µg/l)

E : concentration par pesticides (µg/l)

slide16

Avant propos :

des démarches conceptuelles

slide17

Avant propos :

positionnementdes démarches

Expertise

de terrain

  • Modèles mathématiques
  • (ou de simulation:
  • -« boîte noire »
  • « conceptuel global »
  • « semi distribué »
  • « mécaniste distribué »)

« screnning »

(indicateurs

Forces Motrices / État)

Méthodes

combinatoires

dites de « de scores »,

« d’indices »,

« cartographies à index »

Formulation

mathématique

Méthodes Hiérarchiques de Rang

PCSM (pondération de critères)

« Arbre de décision »

Finesse

du diagnostic

Degré de

connaissance

nécessaire

Faisabilité

(à l’échelle Régionale)

slide18

Des indicateurs :

Tableau de bord

slide19

Des indicateurs :

Tableau de bord

slide20

Information:

synthétiser et/ou d’aggréger

  • Aggréger ou résumer des informations de natures différentes
    • Analyse factorielle
    • Méthodes combinatoires

C5

C4

C3

C2

C1

slide22

Analyse Exploratoire des Données (DEA)

Analyse Factorielle

  • Intérêt des SIG pour caractériser un bassin versant : réalisation de cartes thématiques qui restituent une information claire et lisible
  • Quelle représentation choisir lorsque de nombreuses variables doivent être prises en compte ?
m thodes combinatoires
Méthodes combinatoires
  • Arbre de décision
  • Formulation mathématique
      • méthode (cartographique) à pondération de critères
      • méthode hiérarchique de rang SIRIS
slide24

Arbre de « décision » :

  • Exemple :
  • 5 classes de critères (3 modalités):
  • 35 = 243 combinaisons

Si 2 classes de critères de plus :

37 = 2187 combinaisons

Au-delà de 15 combinaisons il devient

très difficile de classer les situations

[Aurousseau, 2004]

slide25

?

Non défavorable

Risque(Défavorable+Non défavorable+Non défavorable)

>

Risque( Non défavorable+ Défavorable+ Défavorable)

Défavorable

  • Arbre « simplifié » :

Si C1 > C2 > C3

C1

C2

C2

C3

C3

C3

C3

Classement : 1 2 3 4 5 6 7 8

Risque

slide26

C2(o)

C2(d)

  • Formulation mathématique du risque : avant propos, approche ensembliste
  • Exemple :
  • un risque quelconque
  • évaluer par 2 critères : C1 & C2
  • 2 états (modalités) / critère : - défavorable (d)

- non défavorable (o)

C1(d)

C1(o)

slide27

Formulation mathématique du risque : avant propos, approche ensembliste

1ère attitude :

Risque final = Risque Partiel C1 ETRisque Partiel C2

R = C1(d)  C2(d)

Minimise l’évaluation du risque

C2(o)

C2(d)

Risque

  • défavorable (d)
  • non défavorable (o)

C1(d)

C1(o)

slide28

Formulation mathématique du risque : avant propos, approche ensembliste

2ème attitude :

Risque final = Risque Partiel C1 OURisque Partiel C2

R = C1(d)  C2(d)

Maximise l’évaluation du risque

C2(o)

Risque

C2(d)

Risque

Risque

  • défavorable (d)
  • non défavorable (o)

C1(d)

C1(o)

slide29

Formulation mathématique du risque : avant propos, approche ensembliste

3ème attitude :

Risque final = Compromis entre attitude 1 et 2

C1(d)  C2(d)  R  C1(d) C2(d)

Base des méthodes mathématiques combinatoire

C2(o)

Risque

C2(d)

  • défavorable (d)
  • non défavorable (o)

C1(d)

C1(o)

slide30

Formulation mathématique du risque : avant propos, approche ensembliste

3ème attitude :

C1(d)  C2(d)  R  C1(d) C2(d)

-Zymmerman & Zysno (1983) :

R = [C1(d)  C2(d)]y  [C1(d)  C2(d)]1-y

y  [0,1]

-Sugeno (1983) : Van der Werf & Zimmer (1998), Indicateur I-Pest

-……

slide31

Formulation mathématique du risque : les états des critères

Discrétisation en n modalité défavorable à non défavorable

Seuil 1

Seuil 2

C1(d)

C1(m)

C1(o)

  • défavorable (d)
  • Moyennement défavorable (m)
  • non défavorable (o)
slide32

Formulation mathématique du risque : les états des critères

Logique flou (fuzzy logic); Lotfi Zadeh, 1965, 1993

B  à 0,9 défavorable

et 0,1 non défavorable

Fonction d’appartenance F(critère) pour une situation donnée

au sous en sous-ensemble flou « défavorable »

slide33

Tous les critères n’ont pas le même poids, d’où

la nécessité de pondérer :

 Risque= [rélémentaire x g]

Exemples (vulnérabilité ESO):

méthodes EPIK, RISKE, DISCO, GOD,

DRASTIC, SINTACS

Risque = A + B + D + E + F + G

Si l’on s’écarte des conditions de leurs domaines

d’application, il faut donc être capable d’évaluer

le niveau exact de contribution des différents critères

  • Formulation mathématique
  • du risque : pondération des critères

%

x

+

slide34

il n’est pas fait état des interactions synergiques,

dues à la conjonction de certains critères :

Risque = A + B + D + E + F + G

 Risque = rp1(s) + rp2(s) + i(s)

  • Formulation mathématique
  • du risque : pondération des critères

%

x

+

slide35

Formulation mathématique

  • du risque : pondération des critères
  • Pondération ?
  • Dires « d’expert » + optimisation sous contraintes
  • « Calage » des poids et des fonctions d’appartenances

sur la base de situation connue (…souvent évaluée à dires

d’experts)

slide36

SIRIS : Avants propos & Historique

  • SIRIS :
  •  Système d’Intégration des Risques par Interaction des Scores
  •  méthode mathématique combinatoire de facteurs (critères) de risque

 travail entamé dans les années 1980 [Jouany, 1983]

 1995, application la plus connue : les classements des pesticides susceptibles d’être présent dans les milieux aquatiques [Vaillant et al., 1995].

slide37

SIRIS Pesticides : classements des pesticides susceptibles d’être présent dans les milieux aquatiques

 Combinaison de plusieurs critères : Koc, solubilité dans l’eau, DT 50, vitesse d’hydrolyse, dose traitement et surface développée traitée

…………

Anne Christine Le Gall, Philippe Jouglet, Angélique Morot, Jean-Yves Chatelier, Daniel Pierre, Xavier Thomas, Loïc Thomas, Michel Guerbet (2007) - SIRIS-Pesticides: update and validation of a decision support system for pesticides monitoring in freshwater -

slide38

Avants propos & Historique

Objectifs spécifiques:

1- Agrégation de critère de différentes natures (variables continues ou discrètes)

2- Prendre en compte les différents niveaux de gravité des critères (sans avoir à les pondérer)

3- Prendre en compte les interactions synergiques liées à la conjonction de critères de risques (sans avoir à les exprimer précisément)

slide39

 Base d’un système hiérarchique:

1- règle d’initialisation

2- règle d’interaction

3- règle de préférence

4- règle de linéarité intra modalité vs règle de dissymétrie

slide40

Construction d’indicateur

  • Réalisation d’une cartographie de l’impact potentiel des produits phytosanitaires sur les eaux superficielles des Pays de la Loire
  • - Exemple d’application -
slide41

Combinaison de critères & spatialisation

L’idée : utiliser la méthodologie SIRIS pour classer les masses d’eau et leur bassin versant

une matrice au pas de 50 mètres sur l’ensemble de la région

13 000 000 000 pixels

slide42

Des critères

>

>

>

Etat

de la surface

Géométrie

de la surface

Pression

Potentielle

Proximité du

milieu aquatique

Algorithme sol

IGCS

Enquêtes CREPEPP

Vulnérabilité des

eaux superficielles

Impact potentiel

pesticides (ESU)

SIRIS

slide43

Robustesse….

 médiane

slide45

Sommaire

  • Présentation générale de la société et de son activité R&D
  • Mathématiques & GIRE
    • 2.1 Indicateurs & statistiques
    • 2.2 Calcul intensif & SIG
  • Perspectives
slide46

eXtenGIS ?

Pour quoi faire?

la probl matique
La problématique
  • Des études sur des territoires de plus en plus vastes, à des précisions de plus en plus fines
  • Un disponibilité croissante des données à un cout très bas
  • Des approches globales et systémiques agrégeant des données multi-thématiques
  • Des calculateurs standards et logiciels SIG inadaptés pour le volume des données impliquées
slide48

Projet cofinancé par

Conférence ESRI SIG 2009

Avec le soutien technique et scientifique de

Cartographie des hauteurs d'eau de la Loire à partir des Plus Hautes Eaux Connues et du Modèle Numérique de Terrain Laser Aéroporté dans le département du Loiret

Daniel Pierre, Vincent Despax , Ahmed Batti (Géo-Hyd) - Daniel Thomas (Géovalor), Olivier Ducarre (CG45) - Fabien Pasquet (DIREN Centre)

Contacts :

Aspect technique : ahmed.batti@geo-hyd.com

Aspect collectivité: olivier.ducarre@cg45.fr

Réalisation

30 sept 2009

zone d tude
Zone d’étude

Tous les vals situés en totalité ou en partie dans le département du Loiret

donn es d entr es moyens mis en uvre
Données d’entrées & moyens mis en œuvre
  • Données :
    • Cotes des Plus Hautes Eaux

Connues (crues 1846, 1856, 1866)

    • Les Digues
    • MNT Laser aéroporté

(résolution 1m, précision altimétrique

+/- 15cm, planimétrique +/- 30cm)

681 Dalles : Levé en 2002 (Diren Centre)

  • Logiciels : ArcView 9.2 avec les extensions Spatial Analyst, Geostatistical Analyst, et 3D Analyst

Ortho-photo drapée sur MNT Laser

(relief exagéré)

slide51

Améliorer les connaissances sur les niveaux d’eau maximums atteints lors des crues de 1846, 1856 et 1866 (crues de références) pour anticiper une situation de crise

slide52

Applications par le CG 45

  • Quelques applications concrètes :
  • Action 1 : Installation de repères de crues sur les bâtiments appartenant au Conseil Général du Loiret
  • Objectif: Sensibiliser le grand public au risque inondation
  • Un ensemble en 3 éléments:
  • Macaron de crue
  • Échelle limnimétrique
  • Panneau explicatif
slide53

Applications par le CG 45

  • Quelques applications concrètes en projet :
  • Action 2 :
  • Réaliser des travaux préventifs sur les bâtiments inondables du Conseil Général en fonction de la hauteur d’eau des PHEC (exemple: surélever le TGBT, installer au 1er étage les équipements à haute valeur ajoutée…etc.).
  • Objectif:
  • Augmenter la résilience des bâtiments et faciliter la reprise des activités après une inondation
slide54

Applications par le CG 45

  • Quelques applications concrètes en projet :
  • Action 3 : Modifier la cartographie routière existante en cas d’inondation type 1856 (plans de déviations et de barrièrages) grâce à l’apport de la 3D.
  • Objectif: Affiner les connaissances et détecter les tronçons hors d’eau (en remblais) et ceux submergés ( dépressions en microrelief).
la lev e du verrou technologique
La levée du verrou technologique

Comment ?

  • Equipe parallélisme du Laboratoire d’Informatique Fondamental d’Orléans données : Calcul intensif et visualisation 2D de modèle Numérique de Terrain
  • Equipe ISTO-Tours Laboratoire de Géologie des Environnements Aquatiques Continentaux : Flux et processus hydro-sédimentaires, hydrologie & qualité des eaux, transports fluviaux dissous & particulaires,…
  • 1ère collaboration :
    • Thèse «  scalability of computing capabilities for data issued from huge geographical information systems (GIS)  » financée par le CG 45
    • Parrallèlisation du calcul du flux d’accumulation sur MNT SRTM
  • Utilisation de « grappes de PC » ou cluster
  • Transposition des algorithmes monoprocesseur classiques au « monde » du calcul parallèle
  • Nouvelles approches, nouveaux algorithmes…

Avec Qui ?

slide56

Sommaire

  • Présentation générale de la société et de son activité R&D
  • Mathématiques & GIRE
    • 2.1 Indicateurs & statistiques
    • 2.2 Calcul intensif & SIG
  • Perspectives
slide57

Les axes R&D

  • Méthodologie & outils d’évaluation de la qualité des eaux
  • Méthodologie et outils diagnostics:
    • Zones humides;
    • MES & érosion des sols
    • Macropolluants (N, P, ) et Micropolluants pesticides
  • MNT gros volumes & hydrologie :
    • ExtenGIS (calcul intensif & SIG)
  • Technologie SIG :
    • Webmapping & serveurs cartographiques
    • Brique logicielle
  • Indicateurs environnementaux :
    • Spatialisation (& notamment télédétection)
    • Mathématique d’aggrégation & statistique
    • Approche méthodologique