Application de l'analyse des risques à la conception et à

Analyse des risques, P. CHARLES 25/09/2008

Application de l'analyse des risques à la conception et à la gestion des ouvrages d'art dans le cadre d'une démarche de Développement durable

P. Charles, SETRA/CTOA/DGO


Introduction à l’analyse de risque

• Pratiquée de plus en plus souvent en génie civil• Utile pour prendre en compte des phénomènes très pénalisants

mais très rares• Utile sur un parc important d’ouvrages existants pour établir des

priorités, hiérarchiser, et établir des stratégies de renforcement/surveillance

• Utile plus récemment pour appliquer le principe de précaution, et plus généralement les principes du développement durable sur un projet d’infrastructure


Situations visées

• Conception neuve• Ouvrage particulier atteint d’une pathologie• Familles d’ouvrages à risque spécifique• Optimisation de la gestion d’un parc d’ouvrage


"Le risque est un danger éventuel, plus ou moins prévisible, qui peut affecter l'issue d'un projet. »

La norme ISO/DIS 13824 précise que " le risque est la

combinaison de la probabilité ou fréquence d'occurrence d'un événement et la magnitude de ses conséquences. Du point de vue de la théorie de la décision, c'est la valeur attendue des conséquences indésirables, c'est-à-dire la somme de tous les produits des conséquences d'un événement et leurs probabilités".

Définition du risque


Détermination du risque• D’une manière plus opérationnelle pour les ouvrages

d’art, le risque est déterminé par la connaissance :• De l’aléa (probabilité et magnitude)• De la vulnérabilité de l’ouvrage vis-à-vis de l’aléa• Des conséquences (importance, enjeu)

• Il peut être déterminé :• De manière simplifiée (qualitative)• De manière détaillée (partiellement quantitative)


L’Aléa• Phénomène à l’origine du risque, qui peut se produire ou

non (incertain) au cours de la vie de l’ouvrage• Nature de l’aléa :

• Externe, d’origine naturelle • Externe, d’origine humaine• Interne du fait d’un défaut de conception/réalisation• Interne du fait du vieillissement des matériaux

• Caractérisation de l’aléa : • Intensité• Période de retour


La Vulnérabilité• La vulnérabilité représente la sensibilité de l’ouvrage à

l’aléa considéré (ou à un ensemble d’aléa) • Elle dépend :

• Du type de manifestation de l’aléa• Du type de structure• De l’état de l’ouvrage pour un ouvrage existant

• Elle s’évalue• A jugement d’expert• Par des calculs simplifiés• Par des calculs sophistiqués.


La gravité des conséquences• La gravité des conséquences, ou l’enjeu, ou

l’importance, traduit l’importance des conséquences de la manifestation de l’aléa sur un ouvrage vulnérable à cet aléa.

• Elle se détermine qualitativement ou plus ou moins quantitativement (difficile):• Aspects humains• Aspects financiers (reconstruction)• Aspects médiatiques• Aspects socio-économiques• Aspects écologiques


Méthodologie de l’analyse de risques• Etape 1 : Définition de l'objectif de l'analyse des risques : pourquoi fait-on une analyse de risques ?• Etape 2 : Définition du système : c'est le recueil de données existantes• Etape 3 : Identification des aléas : quels aléas sont possibles ? intensité et période de retour ? On

procède éventuelle à ce stade à des investigations complémentaires spécifiques aux aléas.• Etape 4 : Analyse des scénarios : quel est le comportement de l'ouvrage face aux aléas

sélectionnés ? Est-il vulnérable ou robuste ?• Etape 5 : Evaluation des enjeux : l'ouvrage est-il stratégique ou secondaire ? important ou petit • Etape 6 : Evaluation du risque : le risque est fonction du trio aléa-vulnérabilité-enjeu qui doit être

évalué pour chaque scénario représenté. • Etape 7 : Sélection des risques : parmi l'ensemble des niveaux de risque, associés aux différents

aléas et scénarios, on sélectionne les aléas et scénarios pour lesquels le niveau de risque est élevé, moyen ou indéterminé (quand l'analyse simplifiée est trop superficielle).

• Etape 8 : Pour les risques jugés élevés à l'étape 7, ou moyen mais lorsqu’on pense pouvoir mieux déterminer le risque en détaillant l’analyse, on réalise à nouveau l'analyse de risque (étapes 3, 4, 5) mais en détaillant plus et en quantifiant de manière plus ou moins approfondie certains aspects (aléa et/ou vulnérabilité et/ou enjeu) du risque global.Etape 9 : Traitement du risque : que conclure de l'analyse ? Quelles mesures sont à prendre ? A

quel coût ?


Analyse simplifiée des risques :

• Identification des aléas • Vulnérabilité simplifiée • Enjeu

Analyse détaillé du risque sélectionné :

• Mesure des aléas • Vulnérabilité détaillée • Enjeu détaillé

On peut ne détailler qu’une partie seulement

Risque inacceptable ou difficile à évaluer qualitativement

Risque faible

Pas de conséquences sur la conception. Entretien et inspection classique.

Meilleure connaissance du risque réel et requalification du risque en acceptable (faible ou moyen)

Le risque reste inacceptable

Déterminer les mesures pour réduire le risque - Revisiter la conception - Renforcement - Mise sous surveillance (instrumentation etc…) - Suivi périodique plus important

Objectifs de l'analyse des risques. Définition du système

Sélection des risques

Impossibilité de statuer sur le risque : investigations complémentaires à réaliser

Investigations

Risque moyen

Evolution de la conception, protection Suivi renforcé Analyse détaillée du risque si cela peut apporter un complément d’information


Etape 1 : Objectifs• Base de dimensionnement, choix des matériaux,

exigences de niveau de qualité -> partiellement traité par les EC -> l’analyse de risque sert à orienter les choix

• AR pour structures exceptionnelles• AR pour événements exceptionnels• AR pour gestion d’un parc d’ouvrages anciens• AR pour évaluation de la capacité portante d’un ouvrage

existant (éventuellement atteint d’une pathologie)• AR pour l’évolution des besoins et de l’environnement

• Conditions climatiques, météo, phénomènes naturels liés• Modification du niveau de service (nombre de voies, trafic, tonnage)


Etape 2 : Définition du système• Caractéristiques de l’ouvrage• Conditions d’exploitation• Conditions d’exposition• Historique de construction• Point zéro• Pour un ouvrage ancien : inspections, auscultations,

travaux d’entretien réalisés


Etape 3 : Identification des Aléas• Check-list des aléas possibles• Détermination de la probabilité d’occurrence

• Qualitativement : « fréquent » « rare » « très rare »• Quantitativement : 10-x événements par an.

• Détermination de l’intensité du phénomène :• Qualitativement : « important », « moyen », « faible »• Quantitativement : échelle à définir (magnitude,

intensité, grandeur physique….)• Eventuellement, détermination de plusieurs couples

Probabilité/Intensité.


Etape 3 : Identification des Aléas• Moyens de déterminer l’aléa :

• Statistiques• Jugement d’expert• Mesures• Analyse scientifique du phénomène• Investigations sur ouvrage (la probabilité de l’événement

rupture par fissure de fatigue diminue après une investigation détaillée ne traduisant aucun défaut)


Etape 4 : Analyse des scénarios• Le but est de déterminer la vulnérabilité de l’ouvrage

vis-à-vis des aléas identifiés• Établissement de scénarios plausibles, représentatifs, et

en nombre réduit de la manifestation de l’aléa sur l’ouvrage

• Evaluation de la réponse de la structure à ce scénario • Par jugement d’expert, qualitatif• Par calcul simplifié ou évolué mais classique• Par calcul sophistiqué ou très sophistiqué (élasto-plastique, non linéaire)

• Détermination de la vulnérabilité à l’aléa comme enveloppe des vulnérabilités aux scénarios liés à l’aléa considéré


ALEAS VULNERABILITE CONSEQUENCES RISQUE

Aléa 1

Aléa 2

Aléa 1

Aléa 3

Aléa 4

Aléa 2

Aléa 4

Réponse 1

Réponse 1

Réponse 1

Réponse 2

Conséquences 1

Conséquences 1

Conséquences 2

Conséquences 1

Conséquences 1

Conséquences 2

Risque ....

Risque ....

Risque ....

Risque ....

Risque ....

Risque ....

Risque global pour la structure

Facteurs modifiant l'aléa

Facteurs modifiant le comportement structurel

Facteurs modifiant les conséquences

Exemple d'un scénario et de son niveau de risque associé

Etape 4 : les scénarios


Etape 5 : Evaluation des enjeux• Coût de reconstruction/remise à niveau• Coût de l’évolution des besoins non anticipée• Conséquences humaines d’un effondrement• Conséquences socio-économique de la rupture

d’itinéraire• Conséquences morales ou médiatiques• Impact environnemental

• Evaluation qualitative (grave, moyen, faible) ou plus quantitative (échelle plus large, produit trafic x surface etc…)


Etape 6 : Evaluation du risque• Qualitativement, par matrice de risque (en regroupant

aléa et vulnérabilité = aléa de l’effondrement ou de la perte de service)

• Quantitativement par le produit Aléa x Vulnérabilité x Enjeu (lorsque les 3 éléments peuvent être évalués quantitativement)

• Semi-quantitativement : échelle de 1 à 3 pour les facteurs qualitatifs x grandeur numérique pour les autres


Gravité des conséquences

Pro

babi

lité

de l'

aléa

Risque inacceptable. Des mesures sont à prévoir

Risque moyen

Risque acceptable

Étape 6 : Évaluation du risque

Aléa / Enjeu

Conséquences faibles Conséquences moyennes

Conséquences élevées

Peu probable Risque acceptable Risque acceptable Risque moyen Moyennement probable

Risque acceptable Risque moyen Risque inacceptable

Très probable Risque moyen Risque inacceptable Risque inacceptable

Exemples de « matrice de risque » ou croisement aléa-conséquences


Étape 6 : Évaluation du risqueExemple Eurocode EC1 partie 1-7


Etape 7 et Etape 8• Sélection des risques : acceptables – moyens – élevés• Analyse détaillée suivant le résultat de la sélection (pour

risques élevés, ou moyens si l’analyse détaillée peut apporter des informations complémentaires)

• A l’issue de ces 2 étapes, on a une idée correcte du niveau de risque encouru.

• L’étape 9 ne s’applique que pour les risques jugés élevés ou moyens à l’issu du processus


Etape 9 Traitement du risque• Gérer le risque• Eviter le risque, en jouant sur l’aléa (empêcher l’activité qui génère

le risque, ne pas construire ici)• Réduire le risque (en jouant sur aléa-vulnérabilité)

• Réexamen des hypothèses, études specifiques• Revisiter la conception de l’ouvrage• Protéger l’ouvrage• Elaborer un programme de suivi de l’ouvrage adapté• Surveiller l’ouvrage• Restreindre l’usage de l’ouvrage

• Réduire le risque (en jouant sur l’enjeu)• Système de fermeture automatique de l’ouvrage• Limitation de l’usage de l’ouvrage• Haute surveillance et procédure de fermeture en cas de dépassement de seuils


Etape 9 Traitement du risque• Une ou plusieurs mesures peuvent être prises• Eventuellement, analyse coût-bénéfices


Conclusion• Méthodologie très générale• Les principes sont applicables à plusieurs situations bien

spécifiques (neuf-ancien ; effondrement-économie long terme)

• Mais l’analyse est à particulariser à ces différents types de solution.

• Conserver l’analyse détaillée pour des cas spécifiques, ou lorsque celle-ci ne demande pas un effort trop grand !

• Méthodologie provisoire, pouvant être améliorée / amendée / modifiée : ne pas hésiter à critiquer…

• Méthodologie encore très théorique : à utiliser sur des cas pratiques pour voir les difficultés et la faire évoluer.


Conclusion• Applications en cours

• Analyse des risques sur les familles d’ouvrages à risques : VIPP, buses, affouillement...(voir exposé suivant)

• Analyse des risques sur les ouvrages neufs dans le cadre des démarches de développement durable. (risques d’évolution du projet, risques environnementaux, prise en compte de la robustesse des ouvrages)

• Analyse des risques dans le cadre de la révision de l’ITSEOA

Documents

Application de l'analyse des risques à la conception et à