Thèse Défaillances en Cascade dans les Infrastructures Interconnectées une Approche Conjointe par Hypergraphe et Théorie des Jeux pour la Résilience Structurelle et Systémique H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques Energétiques et MAtériaux pour l'InGénierie Laboratoire de recherche : LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay Direction de la thèse : Didier CLOUTEAU ORCID 0000000249539184 Début de la thèse : 2026-12-01 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 Cette thèse traduit les aléas climatiques (inondations, glissements, tassements) en risques de réseau systémiques. Elle utilise des hypergraphes multicouches et la théorie des jeux (Stackelberg) pour optimiser la résilience des infrastructures.
Les infrastructures civiles modernes forment des réseaux d'infrastructures interdépendants (RII) complexes. Sous l'effet du changement climatique, ces systèmes sont de plus en plus exposés à des risques environnementaux et géotechniques graves et simultanés. Des phénomènes extrêmes tels que les inondations localisées et les glissements de terrain, combinés aux tassements/gonflements différentiels des sols (causés par des cycles de sécheresse et de réhumidification sévères), menacent l'intégrité physique des fondations, des pylônes et des canalisations souterraines.

La fiabilité structurelle sous charges mécaniques est un sujet largement étudié. Cependant, une lacune scientifique majeure subsiste à l'interface entre la dégradation structurelle et le comportement systémique du réseau. Lorsqu'un événement météorologique extrême provoque un tassement du sol ou un glissement de terrain, il ne s'agit pas seulement de la rupture d'un élément physique, mais aussi du déclenchement d'un effet domino sur l'ensemble des réseaux interconnectés. Par exemple, l'effondrement d'un pylône électrique dû à l'instabilité du sol déconnecte immédiatement un noeud de télécommunications, ce qui affecte à son tour les réseaux qui en dépendent.

Les modèles de réseau traditionnels traitent les infrastructures à l'aide de topologies de graphes simples (paires de noeuds et d'arêtes), incapables de saisir les relations polyadiques complexes (où une défaillance affecte simultanément plusieurs systèmes). De plus, les modèles actuels ne disposent pas d'un cadre d'optimisation stratégique permettant d'orienter les parties prenantes sur la manière d'allouer des budgets limités de rénovation et d'entretien face à un contexte climatique changeant et incertain.
L'objectif principal de cette recherche doctorale est d'élaborer un cadre mathématique et algorithmique permettant de traduire les aléas géotechniques induits par le climat en modèles systémiques de risque de réseau. Plus précisément, la thèse vise à :

1. Formuler une interface climat-réseau : cartographier les effets physiques des inondations, des glissements de terrain et des tassements de sol sur les états limites structurels, en traduisant les contraintes mécaniques en un taux de défaillance probabiliste du réseau.

2. Développer un cadre d'hypergraphes multicouches : utiliser la théorie des hypergraphes, où une seule hyperarête relie plusieurs noeuds fonctionnels interconnectés, représentant des dépendances d'ordre supérieur que les graphes traditionnels ne prennent pas en compte.

3. Optimiser la résilience par la théorie des jeux : formuler un modèle de jeu attaque-défense/aléa-opérateur (par exemple, un jeu de Stackelberg) afin d'obtenir des stratégies de défense optimales, aidant ainsi les gestionnaires d'infrastructures à allouer des ressources d'adaptation dans un contexte de contraintes budgétaires importantes.