Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La thèse se propose d'intégrer deux approches économiques fondamentales à l'étude de l'économie régionale et de la politique économique des transports en particulier: i) un approche théorique, fondée sur des micromodèles analytiques et soutenue par des applications des méthodes de simulation numérique, et ensuite, ii) un approche empirique pour tester des hypothèses théorétiques. La perspective de microéconomie sur les problématiques et le fonctionnement des mécanismes des transports privés sont, au même temps, nécessaires et ardues à modéliser. Parmi les nombreuses problématiques étudiés dans le cadre de cet domaine de recherche il vaut la peine de mentionner: la taxation des routes, la concurrence parfaite et oligopolistique entre les opérateurs que anime le système des transports privées et de marchandises, la congestion des routes et le comportement des usagers face à l'incertitude relative aux temps de trajet où encore, le processus de décision en matière de transports au sein des ménages. L'approche micro-fondée liée aux problématiques ci-dessus a été intégrée au sein de cet étude avec une vision empirique, menée à l'analyse de l'ensemble des politiques de plani cation au niveau régional et urbain. Les deux applications empiriques présentées montrent deux nouvelles méthodologies d'étude concernant deux problématiques classiques: i) le choix modale, dans une optique de décision conjointe observée sur un échantillon des couples résidents en Ile-de-France et, ii) le choix de route en Moyen Orient, où les temps de trajet sont incertains et dépends d'un scenario politique incertain au niveau macroéconomique. L'intégration des deux approches est réalisée dans le cadre de cette thèse ayant comme exigence celle de mieux répondre aux questions concrètes et actuelles de la recherche européenne, ainsi que pour augmenter la palette des débouchées applicatives des modèles théoriques développées dans la littérature récente. / This thesis aims to integrate two fundamental approaches to the study of regional economics and the transport policy: i) a theoretical approach based on analytic models supported by numerical simulation and ii) an empirical approach to test theoretical assumptions. The microeconomic perspective represents a challenging and a complex task at the same time. Some of the open issues at the center of debate are: the taxation of roads, perfect and imperfect competition among the networks supporting private trips, congestion pricing and the attitude towards risky outcomes as uncertain travel times, the decision making process and resource sharing among different members of a household. The micro approach has been integrated with two empirical experiments in which we propose new approaches to study two traditional problems: i) modal choice, by testing the jointness of decision making on a sample of active couples from Ile-de-France, and ii) route choice in the Middle East - a context in which the travel time, as an input of the decision process, is characterized by uncertainty and depends on the political scenario at the macro level.

Les constructeurs automobiles fabriquant des systèmes de conduite automatisée ont besoin d’aborder les conséquences que ces systèmes peuvent avoir sur la sécurité routière. Notamment pour l’évaluation des gains de sécurité, la sécurisation des essais et l’analyse des accidents impliquant le véhicule autonome. Cependant, le cadre conceptuel actuel utilisé dans la sécurité routière peut ne pas être adapté pour l’analyse des changements et des nouvelles interactions introduits par l’automatisation du véhicule à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Le but de la thèse est d’appliquer une approche systémique fondée sur STAMP afin d'étudier les gains attendus du véhicule autonome en termes de sécurité routière, sécuriser les expérimentations et analyser les accidents impliquant ce type de véhicule, à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Afin de contribuer au calcul des gains du véhicule autonome sur la sécurité routière, la population cible d’un « highway pilot system» a été définie et des questions issue d’une analyse STPA (analyse des risques issue de STAMP) aidant à l’évaluation de l’efficacité du système ont été élaborées.Un cadre de sécurisation des expérimentations couvrant tous les niveaux du système a été mis en place au moyen d’une analyse STPA à deux échelles.Enfin, une méthode d’analyse des accidents impliquant un conducteur automatisé a été créé en intégrant des éléments issus de méthodes d’analyses des accidents de la route existantes et des éléments explicatifs développés spécialement à la méthode CAST (méthode d’analyse des accidents fondée sur STAMP). L’accident impliquant une Tesla en mai 2016 est le cas d’étude de cette nouvelle méthode, CASCAD.En conclusion, ces trois applications ont montré tout le potentiel d’une approche systémique fondée sur STAMP pour offrir un cadre conceptuel adapté à l’évaluation des conséquences sur la sécurité routière de la conduite automatisée. / As automakers develop automated driving systems, they must address the implications of such systems on road safety. Notably for the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis. However, the existing conceptual framework in road safety may not be adapted to analyze the changes and new interactions introduced by vehicle automation at all the levels of the road transport sociotechnical system.The main objective of this thesis is to apply a systems theoretic approach based on STAMP to examine the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis of automated driving across all the levels of the road transport sociotechnical system.This research first contributes to safety benefit assessment by estimating the target population of a highway pilot system and by generating questions derived from an STPA analysis (hazard analysis based on STAMP) to facilitate the evaluation of the influence of the highway pilot system on road safety.Next, this work establishes a framework to ensure trial safety across the macroscopic and microscopic levels of the vehicle trial system by structuring the outputs of two STPA analyses.Finally, this thesis integrates elements from existing crash analysis methods and newly developed guidance elements into CAST (an accident analysis method based on STAMP) to develop a new method for the accident analysis of crashes involving automated driving called CASCAD. The application of CASCAD was illustrated using the available information of the Tesla crash on May 2016.The three applications of this research show the potential of a STAMP-based approach to provide a suitable conceptual framework for the analysis of the implications of road safety on automated driving.

Dans cette thèse nous nous intéressons à la définition des modèles d'humains pour leur prise en compte dans les situations de travail durant les phases de conception des systèmes industriels. Les différents modes d'interventions de l'homme (normal, dégradé, maintenance, dépannage, etc.) et tous les aspects de son intervention (ergonomie, sécurité, respect des normes, .. .) sont considérés. Dans ces cadres, nous avons envisagé et classifié les différents modèles d'humain dans les situations de travail en indiquant leurs spécificités et leurs applications dans les différents domaines. Nous proposons un modèle plus intégré, regroupant des aspects indispensables (mathématiques, sciences humaines, modèles descriptifs et réalité virtuelle) avec une interface mixte de logique floue et classique. Enfin, nous avons particulièrement étudié les modèles construits en ingénierie virtuelle afin d'améliorer les applications actuelles pour ajouter de nouveaux points de vues, plus généraux, plus flexibles et plus réalistes au sein des outils de conception de systèmes. Nous proposons une nouvelle approche pour définir des zones dangereuses de situation de travail dans un environnement virtuel ou augmenté. Notre proposition finale est un ensemble de modèles et de processus d'évaluation de performance applicables dans le cadre d'environnements d'ingénierie de production assistée par ordinateur.

Le langage UML permet la description de systèmes informatiques complexes dont la sécurité est parfois critique. Lors de la conception de telles applications, des fautes de modélisation peuvent être introduites dans les diagrammes UML représentant différentes vues du système. Ces fautes peuvent mener à des incohérences entre diagrammes ou au sein même d'un seul diagramme. Outre les propriétés spécifiques de l'application, il convient de vérifier en premier lieu que les modèles sont cohérents vis-à-vis des propriétés induites par l'utilisation du langage UML. L'objectif de cette thèse est de proposer un cadre d'étude du langage, et plus particulièrement de sa version actuelle (UML 2.0), en se plaçant dans une démarche de Management du risque de la présence d'incohérences. Ce travail s'est décomposé en deux étapes principales. La première est une analyse du risque qui comporte une identification des événements dommageables que sont les incohérences, par l'expression des règles de cohérence associées. <br />L'analyse est complétée ensuite par l'estimation du risque associé à <br />l'utilisation de chaque construction d'UML. Cette étape a donné lieu à l'analyse du standard UML et des travaux actuels concernant la définition et la vérification de la cohérence des modèles UML. Des interviews et des retours d'expérience ont été effectués afin d'estimer la probabilité d'occurrence d'une incohérence et sa gravité, aussi bien qualitativement que quantitativement. <br />L'étape ultime a concerné l'aide au traitement des risques, par la proposition de guides de prévention et de protection à mettre en oeuvre lors de la modélisation d'applications logicielles critiques.

L'épizootie asiatique d'Influenza Aviaire a mis en évidence le danger majeur que constitue la proximité entre différentes populations sensibles. Des études ont montré que le risque de transmission de la grippe aviaire était accru dans des situations comme celle des marchés de volailles vivantes où se côtoient poulets, dindes et canards d'élevage. L'hypothèse principale est que ces individus se contaminent dans l'élevage par contact (direct ou indirect) avec un individu sauvage (le mode d'élevage dans ces pays étant le plus souvent en semi-liberté, les contacts sont plus fréquents.La région Rhône Alpes, et plus particulièrement l'Ain, possède un fort potentiel en matière de production avicole. La filière " Label Rouge " et la filière " AOC Poulet de Bresse " ont su développer une production de qualité en employant des techniques d'élevage dites " semi-libre " voire " libre " ou " plein air ". Ces techniques d'élevage peuvent favoriser le contact entre l'avifaune domestique et l'avifaune sauvage d'autant plus que la région possède un patrimoine ornithologique avec la présence de la zone humide des Dombes. Cette aire géographique se trouve être le lieu d'hivernage de nombreux oiseaux notamment plusieurs espèces d'Anatidés (Canards).L'analyse de risque proposée doit permettre d'estimer de façon quantitative et qualitative le risque de survenue d'épizooties dans l'avifaune domestique résultant de la proximité des populations aviaires sauvages, sédentaires et migratrices, en Dombes. Ce projet répond à la nécessité d'établir des méthodes et outils permettant la prévision des risques sanitaires encourus par les populations aviaires voire humaines, face à des agents pathogènes émergents comme celui de la grippe aviaire. Il vise aussi à étudier l'influence des facteurs de risques liés aux habitats (zone humide de la basse vallée de l'Ain, Dombes notamment) à la gestion de ceux-ci (évolution des techniques d'agriculture, d'élevage et implications sur le milieu naturel) ainsi que l'influence des changements globaux, en particulier des changements climatiques.S'inscrivant dans une démarche prévisionnelle, le projet met en œuvre des techniques de modélisation afin de déterminer des probabilités de transmission de virus en étudiant le comportement des différentes populations intervenant dans le cycle épidémiologique d'Influenza Aviaire:- Les populations sauvages réservoirs - Les populations domestiques- Les populations humainesCette étude se fait à la fois dans :- L'espace (établissement de cartes de risque et intégration des données et résultats de l'analyse spatiale dans un Système d'Informations Géographiques)- Le temps (construction d'un modèle théorique de propagation des virus au sein des populations concernées)A cause de la structure spatiale en plusieurs sites, nous considérerons la diffusion des virus à des échelles allant d'une population type (au sein d'un élevage ou au sein d'un étang) à l'ensemble de la zone d'étude.Il s'agit donc de répondre à la question suivante : Suite à un contact infectieux quel est le risque de propagation d'Influenza Aviaire dans la région ? Il nous faut donc :- caractériser le risque de propagation d'Influenza Aviaire au sein d'une population ainsi que les déterminants environnementaux associés à celle-ci- quantifier le risque de propagation au sein des populations- quantifier le risque de propagation au sein de la zone d'étude quand toutes les populations sont en contact et susceptibles d'être infectées ou infectieuses- évaluer les possibilités d'évolution de la maladie au sein du système épidémiologique décrit précédemment

Le transport de matières dangereuses (TMD) représente une source de danger pour les zones traversées. Ce danger peut produire des conséquences graves pour l’environnement, les biens ou les humains surtout si un accident aura lieu lors du transport. Due à l’importance de ces produits (essence, matières premières, médicaments) dans la vie quotidienne et à l’augmentation de la demande sur ces matières, il est utile d’analyser et d’évaluer le niveau de risque lié au TMD pour le minimiser. Ce risque dépend de la route suivie, de la quantité transportée, du moment de la journée, du trafic, des conditions météorologiques ainsi que de la densité de population des zones traversées. Il est caractérisé par les cibles qui sont exposées pour un temps donné et son niveau qui varie selon le temps et l'espace. L’objectif de cette thèse est d’évaluer et d’estimer le niveau de risque lié à un accident, et plus précisément le risque lié à l’expédition de marchandises dangereuses. Diverses méthodes sont élaborées pour proposer des modèles permettant de résoudre ce problème tout en tenant compte de différents paramètres tels que, le trafic, les conditions météorologiques, le coût et le temps du transport, ainsi que de leurs changements au cours du temps afin de détecter la meilleure route à suivre. La première partie de cette thèse représente l’état de l’art sur les différentes techniques d’analyse de risque pour le transport de matières dangereuses. Ensuite, deux approches sont proposées et étudiées en détail : une approche basée sur la simulation de Monte Carlo qui sert à évaluer le niveau de risque lié à un accident, et une autre qui estime le niveau de risque lié à une expédition de MD. La deuxième partie traite le problème de l’aspect temporel dans l’analyse de risque. En effet, l’importance du trafic, le taux d’occupation des bâtiments et les conditions météorologiques changent fortement selon le moment de la journée. À cause de la complexité de notre système (plusieurs entités, systèmes distribués, entités avec plusieurs niveaux d'abstraction, etc.), nous sommes tournés vers une approche de simulation multi-agents et nous proposons et implémentons un méta modèle d’agents avec une facette « risque ». Cette facette nous permet de représenter l’analyse de risque et la propagation de défaillance dans un modèle multi-agents. La troisième partie de cette thèse porte sur l’évaluation du niveau de risque lié au TMD. Dans un premier temps, nous proposons une approche d’évaluation basée sur l’évaluation de la fréquence d’un accident et de sa gravité. Ensuite, nous implémentons un simulateur en proposant le couplage de chacune de deux approches présentées dans la première partie avec le méta modèle d’agents présenté dans la seconde partie. Dans un second temps, comme la prise de décision est affectée par l’aspect économique et temporel (coût d’une expédition et durée du trajet), nous sommes face à un problème de décision multicritère (MCDM). Pour prendre en compte le fait que plusieurs paramètres utilisés dans l’analyse de risque sont incertains, nous avons utilisé une approche à base de nombres flous avec une extension de méthodes MCDM pour traiter ces incertitudes. Toutes ces méthodes sont implémentées sous Eclipse. Ensuite, un outil de simulation est développé. Il permet d’analyser le niveau de risque et de réaliser des cartographies qui illustrent la position instantanée du camion avec les zones impactées au cas d’accident. Ce travail est inscrit dans le cadre du projet GEOTRANS-MD. / Dangerous Goods Transport (DGT) represents a source of danger to the crossed areas. This danger can produce serious consequences for the environment, property or human beings. Due to the importance of these products (gasoline, first material, medicines) in everyday life and the increasing demand on these products, it is important to analyze and assess the level of risk related to DGT in order to minimize it. This risk depends on the followed route, the quantity of transported products, the time of day, the weather conditions and the population density of crossed areas. It is characterized by the targets that are exposed for a given time, and by the risk level that varies with time and space.The purpose of this thesis is to evaluate and assess the risk level related to an accident and especially risk related to DGT. Several methods to calculate the risk level, related to DGT, have been proposed in the literature. In most of these methods, the temporal aspect has not been taken explicitly into account in spite of its importance. Indeed, the volume of traffic, the building occupancy rates or weather conditions could greatly change depending on the time of day.The first part of this thesis summarizes the state of the art on risk analysis. Next, we present two approaches for assessing risk related to DGT systems: the former serves to evaluate the risk level of an accident and it is based on Monte Carlo Simulation, while the latter aims at assessing the risk level along a trajectory.The second part focuses on the temporal aspect and due to the complexity of our system (several entities, distributed systems, entities with multiple levels of abstraction, etc.), we are turned to a multi-agent simulation approach and we define a meta-model agent with a risk facet, a generic facet. This facet allows us to represent the risk analysis and failure propagation in an agent model.The third part of this thesis illustrates a proposed approach to assess the risk level related to DGT. Firstly, we propose formulas to assess the accident frequency and severity. Then, we present the implementation of both simulation approaches proposed in the first part using the agent based model proposed in the second part. Secondly, as decision-making is affected by the economic and temporal aspects (cost of shipping and travel time), we are facing a multi-criteria decision making problem (MCDM). In addition, to take into account the fact that several parameters used in risk analysis are uncertain, we have used fuzzy numbers. Next, we have proposed an approach, which integrates MCDM methods with fuzzy numbers, to identify the best route for DGT among a set of alternatives. The purpose of this approach is to provide decision support for decision makers such as, public authorities and emergency services in case of emergency.A simulation tool is developed in Eclipse, which allows us to analyze the level of risk and realizes maps that show the instantaneous position of the truck with the impacted areas in the case of accident. This work is a part of the GEOTRANS-MD project.

L’analyse des risques liés aux objets rocheux (effondrement ou affaissement de terrain, écroulement de falaise, etc.) s’effectue généralement dans un contexte lourd en incertitudes. Malheureusement, les outils dont dispose aujourd’hui l’expert pour réaliser ses études souffrent de ne pouvoir apporter de solutions suffisamment précises pour réellement saisir ce contexte d’incertitude. Ce mémoire effectue d’abord un retour sur la notion d’incertitude dans les études de risques liés au sol et au sous-sol. Une définition et une typologie détaillée en sont proposées et des outils, issus de la littérature ou développés dans le cadre de la thèse, sont fournis pour permettre un traitement pratique de chacune des classes introduites. L’utilisation des probabilités comme outil d’aide à la prise en compte des incertitudes est ensuite examinée. Une discussion, confrontant les approches fréquentiste et épistémique, est proposée pour évaluer la possibilité et les limites d’une interprétation opérationnelle de résultats probabilistes dans une analyse de risque. Ce travail est principalement destiné à l’expert du terrain réalisant une étude de risque. Ainsi, plusieurs exemples réels (analyse de la stabilité d’une mine de charbon, étude de l’aléa fontis au droit d’une carrière souterraine de gypse, réalisation d’un Plan de Prévention des Risques Miniers) sont proposés pour éclairer les propos, illustrer l’adaptabilité des outils introduits aux méthodologies actuelles, et présenter les avantages concrets que le traitement des incertitudes et le calcul probabiliste peuvent apporter en terme d’aide à la démarche d’expertise et à la communication entre les acteurs de la gestion du risque / Analyses of risks related to ground and underground issues (surface collapses, subsidence, rockfalls, etc.) are generally undertaken in a strong context of uncertainty. However, tools that are available for geotechnical expert to carry out his study suffer today from not being able to really seize this context of uncertainty. This work takes firstly stock of the notion of uncertainty in risk analyses. It provides a definition and a typology of uncertainty that can be concretely used by the expert. For each of the defined classes, methods allowing an operational treatment of uncertainties are presented, either extracted from a literature survey or developed in the framework of the Thesis. The use of probabilities as an expertise-help tool is secondly examined. A discussion, which distinguishes between frequentist and epistemic interpretations of probabilities, is proposed to evaluate the benefits and implications that probabilities can have towards the practical elaboration of a risk analysis. This study is mainly dedicated to the field expert in charge of the analysis. Numerous concrete examples (analysis of surface stability above an underground coal mine, sinkhole development analysis over an underground gypsum mine, elaboration of a Mining Risk Prevention Plan) are therefore provided both to present the main results of the work and to illustrate the adaptability of the tools being introduced to the current methodologies of analysis. They also aim at highlighting the fact that the treatment of uncertainties and the use of probabilities in risk analyses can facilitate the process of expertise and allow a better communication between the various actors of risk management

L'évaluation des risques de l'exposition aux mélanges de produits chimiques par voies multiples peut être améliorée par une compréhension de la variation de la dose interne due à l’interaction entre les produits. Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) sont des outils éprouvés pour prédire l'ampleur de ces variations dans différents scénarios. Dans cette étude, quatre composés organiques volatils (COV) (toluène, nhexane, cyclohexane et isooctane) ont été choisis pour représenter des produits pétroliers (essence) pouvant contaminer l'eau potable. Premièrement, les modèles PBPK ont simulé l'exposition à un seul COV par une voie (inhalation ou gavage). Ensuite, ces modèles ont été interconnectés pour simuler l'exposition à un mélange par voies multiples. Les modèles ont été validés avec des données in vivo chez des rats Sprague-Dawley (n=5) exposés par inhalation (50 ppm ; toluène, hexane, et 300 ppm ; cyclohexane, isooctane; 2-h) ou par gavage (8,3; 5,5; 27,9 et 41,27 mg/kg pour le toluène, l’hexane, le cyclohexane et l’isooctane, respectivement). Des doses similaires ont été utilisées pour l'exposition au mélange par voies multiples. Les AUC (mg/L x min) pour le toluène, l'hexane, le cyclohexane et l'isooctane étaient respectivement de 157,25; 18,77; 159,58 et 176,54 pour les données expérimentales, et 121,73; 21,91; 19,55 et 170,54 pour les modèles PBPK. Les résultats des modèles PBPK et les données in vivo (simple COV par voies multiples vs. mélange par voies multiples) ont montré des interactions entre les COVs dans le cas de l'exposition au mélange par voies multiples. Cette étude démontre l'efficacité des modèles PBPK pour simuler l'exposition aux mélanges de COV par voies multiples. / Risk assessment focusing on exposure to mixtures by multiple routes can be improved with an understanding of the changes in internal doses due to interaction among chemicals. Physiologically based pharmacokinetic (PBPK) models are proven tools to predict the magnitude of interaction in various scenarios. In this study, four volatile organic compounds (VOCs) (toluene, nhexane, cyclohexane and isooctane) were chosen to represent petroleum products that could contaminate the drinking water (e.g. gasoline). PBPK models were used first to simulate exposure to a single chemical by a single route (inhalation, gavage) and simulate exposure to a mixture by multiple routes. PBPK models were validated by comparing simulations with in vivo data. These data were collected from groups of male Sprague-Dawley rats (n=5) exposed by inhalation (50 ppm of toluene, hexane; 300 ppm of cyclohexane and isooctane; 2-hr) or gavage (8.3, 5.5, 27.9, and 41.27 mg/kg, respectively, for toluene, hexane, cyclohexane and isooctane). For exposure to the mixture by multiple routes, same doses were used. The AUCs (mg/L x min) based on experimental data were 157.25, 18.77, 159.58 and 176.54 and the AUCs of the PBPKs model were 121.73, 21.91, 19.55 and 170.54, respectively, for toluene, hexane, cyclohexane and isooctane. Results from both PBPK models and in vivo data (single VOC, multiple routes vs. mixture, multiple routes) showed interactions between VOCs in the case of exposure to the mixture by multiple routes. This study demonstrated that the PBPK model is an effective tool to simulate exposure to mixtures of VOCs by multiple routes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.