Analyse multicritère

L’analyse multicritères proposée est basée sur la méthodologie et la liste de critères proposées dans le rapport «Design of Movable Weirs …» du groupe de travail InCom-GT26 de l’AIPCN (2006) portant sur les barrages mobiles de navigation et sur les travaux en cours du GT29 de l’AIPCN sur les écluses de navigation [2]. Pourquoi réaliser une analyse multicritère ?

Les barrages mobiles de navigation (de même que les écluses et les barrières marées tempêtes) sont des structures ayant d’importants impacts socio-économiques et environnementaux sur des zones relativement étendues. Les barrages mobiles et les barrières de protection affectent les populations de différentes manières, allant de la sécurité de leur habitation à la protection de leur source de revenus. Les processus qui génèrent ces impacts sont souvent complexes et peuvent aussi bien être à court terme (comme par exemple les effets immédiats d’une inondation) qu’à long terme (par exemple, changements agricoles, écologiques, ou même climatiques. Le choix du type de vannes est un élément important qui conditionne les impacts de l’ouvrage et peut avoir des répercussions importantes. Bien que le choix du type de vannes soit souvent effectué lorsque les exigences globales du projet sont connues, il peut avoir des conséquences sur :

• La localisation du barrage et des vannes – tous les types de vannes ne conviennent pas à tous les sites;

• La navigabilité de la voie navigable – le type de vannes retenu peut favoriser ou interdire la navigation;

• Le risque d’inondations – tous les types de vannes ne sont pas identiquement résistants, étanches, etc.;

• Les écoulements, l’érosion du fond et du rivage –différents types de vannes induisant différentes formes d’écoulement;

• L’écosystème aquatique – tous les types de vannes ne permettent pas, par exemple, le passage des poissons;

• L’économie locale – un type de vannes peut promouvoir une activité économique et/ou en pénaliser une autre;

• L’équilibre local de l’énergie – les vannes peuvent être ou non adaptées à la production d’énergie.

Il est donc évident que le choix du type de vannes est une question technologique, économique, politique, … et touche même à bien d’autres disciplines. En fait, c’est un problème pour les communautés environnantes, ayant souvent d’autres intérêts dans la région en question. Ces communautés et ces régions peuvent être très diversifiées.

Pour des raisons pratiques, le choix du type de vannes est souvent fait par les ingénieurs. Ceux-ci doivent, cependant, se rendre compte des différents intérêts en jeu et chercher un équilibre/compromis pour répondre aux besoins du maître d’ouvrage et de la collectivité, exprimé au travers d’un programme d’opérations. Le choix du type de vannes peut être grandement facilité en s’appuyant sur les analyses multicritères dont il est question ci-après. Les différentes solutions techniques applicables aux écluses et aux barrages mobiles considérés sont évaluées en détails et comparées via une analyse multicritère, dont les grands principes sont donnés ci-après.

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-57 L’analyse multicritères s’effectue en plusieurs étapes, à savoir:

1) Etablissement de la liste des variantes (sur base du type de vanne, etc.)

2) Proposition de critères (par exemple : coût, fiabilité, environnement, …), des pondérations et de grilles d’évaluation (à valider par le maître de l’ouvrage).

3) Analyse multicritères (1ère phase) – approches qualitatives. Sélection d’un nombre restreint de variantes, potentiellement les plus performantes.

4) Analyse multicritères (2ème phase) – sur des bases quantitatives. L’objectif est de sélectionner la solution optimale (solution générique).

5) Etude de sensibilité des critères et/ou des pondérations (si nécessaire).

Méthode d’évaluation qualitative

Les deux critères principaux d’une estimation multicritères relative au choix du type de vannes sont :

1. Comment et dans quelle unité mesurer le résultat de chaque critère pour chaque type de vannes?

2. Comment convertir ces résultats dans une unité commune afin de réaliser une estimation totale?

La solution la plus simple est d’ignorer ces questions en utilisant une simple évaluation qualitative (sans effectuer d’estimation quantitative). Plusieurs alternatives de vannes ont été considérées dans cette optique.

Une telle analyse est entièrement basée sur les jugements subjectifs d’une personne ou d’une équipe. C’est pourquoi il est conseillé de s’entourer de professionnels de différents horizons afin de ne pas surcoter (ou sous-coter) certains critères.

Comme le tableau (figure 2.62) ne contient pas de valeurs numériques, il n’existe pratiquement pas de moyens de vérifier la performance de l’évaluation des types de vannes considérés. Néanmoins, cette méthode, bien que simpliste, peut être considérée comme suffisante dans un certain nombre de situations quand, par exemple :

- On n’a pas le temps ou l’argent pour réaliser une meilleure analyse quantitative : - Le cas analysé est assez simple ;

- Le client a déjà fait un choix et il ne veut pas en discuter. Il souhaite cependant l’obtention d’une étude justifiant son choix au cas où il serait invité à l’expliquer.

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-58 Option Critères Solution (a) Solution (b) Solution (c) Coûts totaux - -- + Fonctionnement +/- +/- ++ Navigation +/- + - Maintenance +/- + + Environnement + + ++ Esthétique + + - ….. Total +/- +/- + Légende : ++ très bon ; + bon ; +/- moyen ; - faible ; -- mauvais

Figure 2.62 Analyse multicritères de base (uniquement qualitative)

Méthode d’évaluation quantitative

On peut évaluer les divers critères en terme de coût. Cette solution est idéale car il est aisé de comparer deux coûts entre eux. Cela dit, certains critères ou sous-critères sont difficiles à évaluer en terme de coût, ce qui rend impossible une méthode quantitative basée uniquement sur cette approche.

Pour contrebalancer cet inconvénient, on peut associer une partie (ou la totalité) des indicateurs de performance à des facteurs de pondération (figure 2.63)

Cette approche ne repose pas sur des unités de mesure associées aux différents critères mais elle introduit un système de mesure qui est applicable à tous les critères. Généralement, la valeur de chaque critère varie de 0 à 10 afin de quantifier les performances de la vanne, d’autres échelles (allant de 0 à 5) sont également utilisées. Les cotes les plus élevées représentent généralement des meilleurs résultats, bien que des systèmes inverses (le plus élevé, le pire) sont également possibles. Dans ces notes de cours, une échelle décimale (0 à 10), avec un indice de performance progressif, est utilisée.

Types de vannes Options

Critères

Facteur poids

Solution A Solution B Solution C Solution D

1. Coût total 0,40 8 9 6 6 2. Fonctionnement 0,35 9 8 8 7 3. Contingences locales 0,10 8 7 8 7 4. Navigation 0,10 8 7 8 6 5. Environnement 0,05 7 7 6 7 6 . …. Résultat total 1,00 8,30 8,15 7,10 6,50

Figure 2.63 Comparaison des types de vannes via des indices de performance

En général, l’indice de performance se détermine selon un des procédés suivants :

• Pour les critères quantifiables : Mesurer l’indice de performance du critère dans une unité quantifiable (par exemple en argent pour le critère de coût); choisir une gamme d’estimation couvrant l’éventail de performance; et convertir les valeurs mesurées au système d’estimation.

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-59 • Pour les critères non quantifiables : Permettre à un groupe de spécialistes d’évaluer subjectivement la performance de la vanne, leur demander de proposer un consensus ou les indices de performances moyens.

Une fois l’étude réalisée, on ne peut pas simplement additionner les indices de performance des différents critères car leur importance (pondération) n’est pas identique. Afin d’obtenir les résultats totaux, l’importance relative de chaque critère doit être fixée.

Ceci est réalisé en utilisant les facteurs de pondération.

Un facteur de pondération représente l’importance relative d’un critère particulier dans l’analyse par rapport à tous les autres. La meilleure façon est d’assigner une valeur allant de 0 à 1 à tous les critères, de façon à ce que la somme de tous les facteurs soit égale à 1.

Les résultats totaux apparaîtront alors dans la même échelle d'évaluation que les résultats pour chaque critère.

Cela donne à la méthode plus de crédit et permet d’éviter des confusions. Néanmoins, d’autres échelles de facteurs poids (par exemple, en pourcentages) peuvent être utilisées. Comme dit précédemment, il est conseillé (et important) de faire choisir les facteurs de pondération par une équipe représentant les initiateurs du projet (autorités locales et autres parties impliquées), agissant indépendamment de l’équipe de professionnels qui évalue les performances de la vanne. Ceci diminue le risque que les membres de l’équipe technique «détournent» l’analyse en faveur de leur type de vanne préféré. Une bonne approche est de demander à une équipe multidisciplinaire (décideurs et, si possible, autres parties impliquées) d’établir les critères et leur facteurs poids; et à une équipe de spécialistes de sélectionner les solutions possibles (variantes) et de leur donner les indices de performance. La communication entre les deux équipes est un point sensible. D’un coté, elle doit fournir des critères compréhensibles et réalisables et d’un autre coté, elle ne doit pas être utilisée pour orienter ou manipuler l’autre groupe. Une telle approche est particulièrement conseillée pour les grands projets relatifs à la gestion des ouvrages hydrauliques.

ANALYSE DE SENSIBILITE

Comme montré ci-dessus, la méthode reposant sur les indices de performance est assez vulnérable vis-à-vis d’opinions arbitraires. Sauf pour les critères relatifs aux coûts, il semble assez difficile d’établir un système de comptabilisation objectif. Le choix des pondérations semble également assez arbitraire. Il est toutefois pratiquement impossible d’éliminer ce caractère arbitraire, mais il est possible d’estimer son influence sur les résultats finaux. Une façon de le faire est de réaliser une analyse de sensibilité.

Nous nous concentrerons ici sur la sensibilité des pondérations sur le choix final, de façon à vérifier si une variation au niveau de ces pondérations est susceptible ou non de modifier le résultat. Cependant, ceci ne couvre pas complètement le sujet. On peut également analyser la sensibilité de l'approche d'évaluation en tant que telle, c’est-à-dire la manière avec laquelle des groupes d'intérêt sont impliqués dans le processus décisionnel. Des exemples intéressants à ce sujet sont les expériences belges et françaises dans la dite approche par «concertation» - une analyse multicritères pour une prise de décision multi acteurs.

Ci-dessous, nous pouvons voir (figure 2.64) l’exemple d’une analyse de sensibilité utilisant les données relatives à l’évaluation du type de portes pour le Naviduct de Enkhuizen. On a

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-60 procédé à une variation du critère coût, les autres critères variant en conséquence de façon à garder un total de 1. On constate que les conclusions quant au type de porte sont différentes selon l’importance donnée au critère coût.

Figure 2.64 Naviduct à Enkhuizen, analyse de sensibilité vis-à-vis du critère «Coût »

D’une façon similaire, des analyses de sensibilité en fonction de tous les autres critères peuvent être réalisées.

LES CRITERES

Les paragraphes précédents indiquent clairement que différents projets requièrent différents critères et que la pondération d’un même critère varie d’un projet à un autre. Il n’est de ce fait pas possible d’établir un système uniforme, pour tous les projets de barrages mobiles et de barrières de protection, indépendamment du site, des conditions locales, des préférences, etc. Néanmoins, il peut être utile d’avoir un exemple d'un tel ensemble pour aborder une évaluation comparée des types de vannes.

Il est recommandé de classer les critères en clusters, à savoir de classer les critères en critères principaux et en sous critères. Cela évite des doublons et facilite le choix pondération. Il est en effet plus facile de s’accorder sur une répartition de poids entre 4 ou 5 critères que entre 20-25 critères.

Une règle importante est d’éviter les doublons, c’est-à-dire qu’un critère ne peut, en principe, apparaître qu’une seule fois. Ainsi, si le coût global (y compris le coût d’entretien) est un critère, et que la maintenance en est un autre, il faudra clairement spécifier que le coût de la maintenance ne peut plus intervenir dans l’évaluation du critère maintenance. Dans ce cas, il peut être plus aisé de rassembler sous le critère coût uniquement le coût d’investissement et sous le critère maintenance tous les aspects touchant à la maintenance, y compris le coût de la maintenance.

De la même façon, il faut éviter que des critères soient dépendants. Par exemple, avoir un critère «durée de vie des vannes» et un second «corrosion» n’est pas adéquat. Il est préférable d’avoir un cluster «vanne» dans lequel plusieurs sous critères peuvent apparaître, comme le

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-61 potentiel à corrosion de la vanne, sa sensibilité à l’érosion (sédiment), son potentiel à résister au choc, …

Enfin, une question importante au niveau de l’analyse multicritères quantitatives (2ème étape) est de savoir si l’on opte pour des indices de performance (comme présenté à la figure 63) ou si l’on opte pour une échelle financière. Il est clair que si l’on est capable de monétiser chaque critère (même l’impact sur l’environnement ou l’esthétisme), il est préférable d’opter pour une échelle financière.

Nous proposons pour l’analyse multicritère les critères suivants3 (le critère de navigation peut ne pas être pris en compte dans le cas des barrages mobiles):

Pondérations CRITERES

Min Moyen Max

1 COUT (installations et démantèlement uniquement) 0,20 0,30 0,50

2 FIABILITE& ROBUSTESSE 0,10 0,15 0,30

3 NAVIGATION 0,00 0,05 0,15

4 EXPLOITATION 0,15 0,20 0,25

5 MAINTENANCE (inspection et entretien) 0,05 0,10 0,20

6 ENVIRONNEMENT 0,05 0,10 0,15

7 IMPACTS SOCIAUX 0,05 0,10 0,15

TOTAL 1,00

Sur cette base, les critères et sous-critères sont :

CRITERES ANALYSE COMPARATIVE de BARRAGES MOBILES

Critère 1 Pond Sous Critères

Coût initial (ingénierie, expropriation et construction.);

Gain financier potentiel (analyse comparée pour les solutions alternatives – suppression d’un bief, ..)

Gain financier potentiel vis-à-vis d’une standardisation Coût du démantèlement / modernisation après la durée de vie prévue;

COUT (*) 0,30

(*) Les coûts d’exploitation et de maintenance ne sont pas considérés ici (voir critères 4 et 5)

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-62

Critère 2 Pond Sous Critères

Impact des choix techniques liés à chaque variante sur la durée de vie de l’ouvrage. Cela comprend l’étude de la possibilité – à moindre coût - de prolonger la durée de vie de l’ouvrage au-delà de sa durée de vie dite de conception).

Fiabilité de l’ouvrage et plus particulièrement des systèmes de manœuvre (vannes, vérins, …) en relation avec les performances attendues.

Vulnérabilité aux disfonctionnements, erreurs humaines Vulnérabilité aux problèmes d’étanchéité,

Vulnérabilité aux chocs de bateaux; Vulnérabilité aux sédiments,

Vulnérabilité à la glace,

Vulnérabilité aux corps flottants

Vulnérabilité aux vibrations (induites par l’écoulement)

Vulnérabilité aux mouvements de la fondation, à l’érosion des sols, aux tremblements de terre, etc.;

FIABILITE